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Détermination de la densité d'une gemme par pesée de cette dernière dans l'air et ensuite dans l'eau grâce à un système de plateau et fil/panier suspendu dans de l'eau à 25°C.

Ajoutez une trace de liquide vaisselle afin d'augmenter la tension superficielle de l'eau et ainsi éviter les "micro bulles" collées à la surface de la gemme et qui pourrai fausser la mesure.
Que vous pesiez en gramme ou en carat, la densité est une grandeur sans dimension car étant la résultante de cette formule:

d = Masse dans l'air / (Masse dans l'air - Masse dans l'eau)

La masse mesurée dans l'eau représente la masse de la pierre dans l'air diminuée de la masse du liquide déplacé par la pierre (Théorème d’Archimède).
Comme le liquide est de l'eau à 25°C et sa masse volumique à cette température est de 1.0 g/cm3, la masse d'eau déplacée par la pierre correspond donc au volume de cette dernière.
La division de la masse (g) dans l'air par le volume (cm3) donne la masse volumique de la gemme (g/cm3).
La densité étant par convention, le rapport entre la masse volumique de l'objet et celle de l'eau pure à 25°C nous avons:
Densité = masse volumique de la pierre / 1.0

Bref, La densité aura la même valeur que la masse volumique si cette dernière est mesurée dans l'eau à 25°C.

Nécessairement présent dans un laboratoire de gemmologie, la binoculaire permettra de voir les subtilités dans le monde interne d’une gemme et donnera des indications de choix sur la nature, la provenance, la qualité de la taille, etc.

Le système d'éclairage "Darkfield" donnera le maximum de contraste pour observer les inclusions, les filtres polarisants mettrons certaines inclusions en évidence (Ces filtres polarisants permettront aussi de transformer votre binoculaire en polariscope!). Un filtre coloré bleu permettra lui par exemple de voir les zones courbes d'un saphir synthétique Verneuil jaune vif si difficile à voir autrement.

Les éclairages incidents, transmis, rasant, donneront eux aussi leur lot de renseignements. Une source de lumière froide sera d'un grand secours pour éclairer ponctuellement la pierre pour mettre en valeur des zones précises de cette dernière.

La pince de support (stone older) de la gemme est très utile pour bouger la pierre directement sous l'oculaire et la maintenir dans la position ou vous avez perçu quelque chose d'intéressant.

Mieux encore l'observation en cellule d'immersion entre filtres polarisants croisés permet de révéler certaines inclusions ou défauts de texture parfois impossible à voir autrement, comme par exemple certaines zones courbes dans les saphirs synthétiques réalisés par procédé Verneuil dit "de dernière génération" (avec recuit).

Les grossissement de base à avoir sont à mon sens de 10 à 100X .

Test souvent complémentaire et parfois diagnostique, les rayonnements Ultra Violets peuvent être utilisés pour analyser les gemmes et/ou distinguer des pierres semblables.

Les U.V. traditionellement utilisés en gemmologie correspondent à deux longueurs d'ondes du domaine ultra violet, à savoir:

Les U.V. Courts (UVC) à 254 nm environ.
Les U.V. Longs (UVL) à 365 nm environ.

Il est à noter ici que les UVC sont très dangereux pour leux yeux et ne doivent en aucun cas être regardés directement, il en va de même de pour les UVL même si leur energie reste moins dangereuse sur de courtes expositions.

Suivant les longueurs d'ondes utilisées, les gemmes peuvent rester inerte et ne donner lieu à aucun phénomène de luminescence, mais peuvent également réagir à l'une ou à l'autre ou au deux radiations et ceux avec des couleurs et des intensités pouvant être identiques ou non.

Le croisement de tous ces comportements luminescent avec les autres analyses standards des gemmes peut amener un lot précieux de renseignements et/ou de conclusions.

- Chambre de transparence aux U.V.Courts Chambre d'observation de la transparence aux UVC fabriquée dans un bouchon découpé sur le coté, percé sur le dessus. En base, une plaque de silice pour chromatographie sur couche mince traitée pour révéler les UVC (p.e. CCM F254 Merck donnant une couleur verte aux UVC)

La pierre est positionnée sur le trou avec son joint parfaitement ajusté, avant d'être exposé par le dessus à une lampe UV 254nm (attention aux yeux! Tourner la lampe vers l'arrière de la chambre!)

Tableau de quelques pierres absorbant ou transmettant les UVC :
(tableau révisé et corrigé le 01.03.08).

La plus part des diamants (souvent de type I) et ses imitations (Moissanite, CZ, Fabulite, etc) absorbent totalement les radiations U.V.Courtes (254 nm). Toutefois les diamants peu courants de type IIa, IIb ou certaines imitations comme le Niobiate de lithium sont transparent aux UVC.

Les diamants de type IIa, quand il sont bruns, peuvent voir leurs couleurs nettement améliorées (i.e. rendues incolores) par un traitement HPHT.

De ce fait la chambre de transparence aux UVC, sera une étape simple pouvant faire suspecter un éventuel traitement HPHT sur un diamant incolore.

Cette chambre peut également servir à distinguer les leucosaphirs (saphir incolores) naturels qui aborbent les UVC des leucosaphirs synthétiques qui eux transmettent les UVC, etc.

Pour effectuer ce test, il suffit de placer la pierre sur le trou avec de la pâte "Rodico", de bien fermer ce joint entre la pierre et le trou, et d'exposer ensuite la pierre à une lampe UVC.
Si la pierre est transparente aux UVC, la base de la chambre (plaque de silice) deviendra verte, si non elle restera inerte (voir schéma ci après).

Notez que l'absorption des UVC (et donc la transparence) est liée à l'épaisseur de matière traversée. Une pierre comme le CZ, suivant son épaisseur et/ou les conditions d'observations (lumière ambiante, acuité de l'observateur, etc) pourra se montrer opaque ou faiblement transparente.

Sont mode d'utilisation est simple et les meilleur résultats seront observés si l'on prends soin de bien regarder la pierre sous tous ces angles tout en tournant le dichroscope entre les doigts.

Test généralement utilisé sur des bruts, il aide à savoir ce que ce brut n'est pas et parfois peut amener à conclure.

On essaye de rayer le brut à analyser par un succession de minéraux de références de duretés croissantes,
jusqu'a ce que l'on trouve le minéral qui raye l'échantillon. on en déduit alors la dureté de l'échantillon.

Par exemple, si l'échantillon n'est pas rayé par la topaze mais est rayé par le corindon c'est que se dureté sera de l'ordre de 8.5 (entre 8 et 9). On peut alors chercher quelle matière a une dureté de 8.5.... (p.e. un brut d'oxyde de zirconium synthétique).

Les filtres sont des alliés de poids pour juger très vite d'un lot de pierre et pour ce donner un point de départ sur une détection de pierres synthétique.

Comme pour le reste du matériel d'analyse et en particulier pour ces filtres, des conclusions ne doivent pas être données avant d'avoir confirmé vos doutes avec d'autres mesures avec d'autres techniques.

Dans l'exemple de l'émeraude synthétique "anhydre" présenté sur le schéma ci dessus, la perception de la couleur rouge permettra d'estimer si la pierre peut être synthétique.
Les émeraudes synthétiques issues du procédé anhydre se voient devenir rouge vif au travers de ce filtre alors que les émeraudes naturelles sont généralement rouge sombre.

Attention parfois certaines émeraudes naturelles peuvent paraître rouge vif et certaine émeraudes synthétiques, notamment les émeraudes issues du procédé hydrothermal, peuvent paraître rouge sombre.

Ces nuances de rouges sont généralement liées à la quantité de chrome et/ou à l'intensité de la fluorescence rouge donnée par la pierre.

NB: Fluorescence et lignes d'émissions dans le rouge: voir explication sur le filtre bleu en sulfate de cuivre de la rubrique spectroscope.

Ce filtre permet d'avoir une lumière monochromatique centrée sur la longueur d'onde correspondant à la raie F 486 nm (raie de l'Hydrogène Beta).

Utilité pour la gemmologie:

Il est parfois donné dans la littérature des valeurs de la "dispersion d'une gemme". Cette dispersion est souvent indiquée comme étant de "B à G".

On peut toutefois mesurer la dispersion de "C à F" (cas le plus fréquent hors gemmologie) en mesurant l'indice de réfraction donné par une lumière à 656 nm (raie C), l'indice de réfraction donné par une lumière à 486 nm (raie F), en corrigeant ces valeurs (i.e. en tenant compte de la dispersion du réfractomètre utilisé) et en faisant la soustraction des deux valeurs obtenues.
Si la dispersion du réfractomètre utilisé n'est pas connue on pourra toutefois, pour un réfractomètre donné et seulement ce réfractomètre, avoir la "dispersion apparente" (notez qu'il faut que le réfractomètre possède un verre de lecture de forme hemicylindrique: voir fabriquant).

Par exemple la dispersion apparente d'un quartz mesurée sur le réfractomètre GIA duplex II (celui présenté à la section réfractomètre):
Tout d'abord on se place au maximum de biréfringence de la pierre sous lumière jaune à 589 nm (raie D).
NoD=1.539, NeD=1.549
On mesure ensuite sous lumière rouge à 656 nm (raie C).
NoC=1.549, NeC 1.559
On fait de même avec une lumière passée au travers du filtre interférentiel et fournissant ainsi une lumière bleu clair à 486 nm (raie F)
NoF=1.519, NeF=1.529
=>
Dispersion apparente de C à F mesurée sur ce réfractomètre:
Pour rayon ordinaire (No) : 0.030
Pour rayon extraordinaire (Ne) : 0.030

De la même façon et sur le même réfractomètre:
Emeraude : 0.025 à 0.029
Hydroxyherderite 0.022
etc.

Un éclairage contrôlé est necessaire pour un bon rendu des couleurs.
Aussi une source de lumière blanche la plus proche de la lumière du jour est recommandée pour l'observation des pierres.

Un eclairage puissant et ponctuel sera le plus efficasse pour l'oservation de bruts surtout si ces derniers sont dépolis.

On peut grâce au diiodométhane mesurer grossièrement une densité autour de 3.32 par immersion de la pierre (flotte, coule), mais on peut surtout détecter les effets de concentration de couleur dans le corindons ayant subis des traitements par diffusions (cf ci à gauche).

Il est par contre vivement recommandé de prendre en compte la haute toxicité de ce liquide (toxique par inhalation, contact, ingestion!) et de l'utiliser dans un endroit bien ventilé.

La loupe est comme un troisième oeil pour un gemmologue et ne le quitte pas.

La première analyse reste celle de la loupe qui en un clin de ce troisième oeil vous donnera l'état des inclusions, de la surface des facettes, du doublage des arrêtes, etc.

Loupe 10X à fond noir "darkfield" avec sa lampe de poche type maglite.

Instrument de premier ordre pour l'étude des inclusions sur le terrain.Le contraste vient du fait que l'intérieur de la pierre est éclairé alors que la pierre est observée sur un fond noir mat.

Les loupes doivent être achromatiques (ne changeant pas les couleurs) et aplanétique (ne déformant pas l'objet regardé). Les triplets sont les meilleurs pour obtenir ce résultat.

Le meilleur compromis entre grossissement et facilité d'observation est de 10X, c'est aussi le grossissement généralement choisi par les gemmologues.

Vu au polariscope une pierre anisotrope (p.e. améthyste vu ci contre) "S'éteint et s'allume" tous les 45° ou, autrement dit, "Rétablit tous les 90°".

Le polariscope permet une analyse très rapide et très efficace du caractère optique d'une pierre gemme qu'elle soit brute ou facettée.

Cet appareil basé sur le phénomène de polarisation de la lumière par les différents réseaux cristallins des pierres permet en effet de déterminer si:

-La pierre est Isotrope et appartient donc au système cubique ou si c'est une substance amorphe.
-La pierre est Anisotrope et appartient donc aux autres systèmes cristallins
-La pierre est Microcristalisée (p.e. calcédoines)
-La matière analysée contient des tensions internes (p.e. grenats, verres, etc.)

- Polariscope + conoscope et filtre retardant (avec ou sans immersion)

Figure d'interférence en croix d'une tourmaline (Uniaxe) observée en imerssion au polariscope avec conoscope suivant l'axe d'isotropie "C" de la pierre (axe montrant les interférences)

Figure d'interférence en croix d'une pierre incolore inconue nous indique que cette pierre est Uniaxe.

Figure d'interférence d'une topaze (Biaxe avec angle 2V moyen à important) en cercles irisés avec une ligne d'ombre centrale.

Figure d'interférence d'une pierre biaxe avec une angle 2V petit. Ici kornérupine

Attention, parfois une pierre biaxe avec un faible angle 2V (ici Sanidine) peut montrer une figure d'interférence très semblable à celle d'une pierre Uniaxe. Seule la repartition des couleur des isochromes fera la différence.

Notez que l'on peut parfois parfaitement voir la figure d'interférence sans l'aide d'un conoscope (mais avec les seuls filtres polarisants croisés du polariscope) comme dans ce quartz rose étoilé (Uniaxe) dont la taille en cabochon permet de voir la figure dite "bull eye" typique des quartz.

Diiodomethane pour faciliter la détection de l'axe d'isotropie C.
-Loupe 10X en guise de conoscope.
-Filtre retardant dont le sens Nord-Sud a préalablement été déterminé ("callé") avec une pierre Uniaxe négative (p.e. tourmaline)

1. Figure d'interférence d'un béryl (Uniaxe négatif)
Obtenu en immersion

2. Après avoir placé le filtre retardant on voit la figure d'interférence montrant maintenant deux points alignés suivant l'axe Nord-Sud du filtre (traits bleus) ce qui indique que la pierre analysée ici est bien Uniaxe négative (U-) (P.I. Le sens Nord-Sud du flitre a été "callé" avec une pierre Uniaxe négative)

3. Figure d'interférence "bull eye" d'une améthyste (Uniaxe positif)
Obtenu sans immersion

4. Après avoir placé le filtre retardant on voit la figure d'interférence montrant maintenant deux points perpendiculaires à l'axe Nord-Sud du filtre (traits bleus) ce qui indique que la pierre analysée ici est bien Uniaxe positive (U+)

Avec le conoscope (boule de verre sans tensions internes ou verre d'une loupe), on peut observer les figures d'interférences et reconnaître certaines pierres de par leur figures typiques (p.e. "bull eye" dans les quartz)

Avec l'aide supplémentaire d'un filtre retardant* dont on a préalablement déterminé le sens "Nord-Sud".
Avec ou sans immerssion de la gemme pour détecter l'axe optique, on peut même déterminer le signe optique d'une pierre et ainsi différencier par exemple une améthyste (U+) d'une scapolite mauve (U-).

* Note personnelle: Merci à R.Dedeyne pour m'avoir expliqué, formé et fourni le filtre nécessaire à cette technique.

- Réfractomètre

Réfractomètre avec filtre jaune incorporé à l'arrière, filtre polarisant sur l'oculaire et table de travail en CZ (plus résistant à la rayure que les verres généralement utilisés).

Schéma approximatif ci dessous

Un autre modèle de réfractomètre avec un large oculaire permettant une lecture plus facile des petites pierres et des cabochons.

La table de travail est ici en verre (facilement rayable), et il n'y a pas de filtre jaune incorporé. Une source de lumière jaune (cf. ci-dessous) est alors très appréciable pour une meilleure lecture.

En revanche, l'absence de filtre jaune et la fabrication "en hemicylindre" du verre de mesure permetent d'utiliser ce réfractomètre pour la détermination de dispersions apparentes (cf section Filtres plus haut).

Source de lumière monochromatique jaune (centré sur la raie D du sodium à 589 nm) sous forme d'une diode alimentée par des piles "bouton".

L'indice de réfraction reste une des mesures les plus répétables et reproductibles en gemmologie.

L'utilisation de cet appareil fait intervenir un liquide pour faire contact entre le prisme (ou "Table de travail") et la gemme étudiée.
Ce liquide est du diiodométhane saturé en soufre et autre composés.
Sa toxicité est encore plus grande que celle du seul diiodométhane. Aussi les mesures d'indices de réfractions doivent être effectuées dans des endroits bien ventilés.

Une source de lumière monochromatique correspondant à la raie D du sodium (partie jaune-orange de la lumière blanche) est le meilleur des éclairages pour cette analyse et donnera des mesures plus précises.
On peut toutefois déterminer l'indice avec de la lumière blanche en se fixant sur la couleur orange du spectre qui sera observé sur l'échelle.

L'indice de réfraction ne sera pas la seule donnée qu'apportera le réfractomètre car il vous donnera aussi la biréfringence, le caractère optique et son signe ²⁹³.

- Liquide de contact pour réfractomètre

Le liquide utilisé pour faire contact entre la facette de la pierre analysée et le prisme du réfractomètre doit avoir un indide de réfraction aussi élévé que possible. C'est en effet celui-ci qui limite la lecture.

Saturer du diiodomethane [(ou autrement nomé: iodure de methylène); CH2I2; CAS 75-11-6] avec du soufre natif [(autrement nomé: Fleur de soufre); S8; CAS 7704-34-9] conduit à un liquide d'indice de réfraction vers 1.788.

Attention ce liquide est toxique par contact, inhalation et ingestion.

Pour obtenir un liquide d'indice encore plus elevé (vers 1.810) une recette a été donné sur le site de la SBG (cf www.gemmologie.be)

Celle ci fait intervenir:
Diiodomethane 100g (CAS 75-11-6)
Tetraiodoethylène 25g (CAS 513-92-8)
Soufre 15g (CAS 7704-34-9)

Attention encore une fois, ce liquide est toxique par contact, inhalation et ingestion.

Manipuler dans un endroit bien ventilé avec toutes les protections requises par les fiches de données de sécurité (FDS / MSDS) de ces produits.

Spectroscope à prisme et échelle graduée. Le tube le plus long porte le prisme d'amici et le petit tube porte l'échelle graduée (en nanomètres) qui sera projettée sur l'image observable dans l'occulaire (partie noire).

Spectroscope à prisme sans échelle.

Parfois le petit miroir peut servir à effectuer une analyse avec comparaison de la lumière source

Spectroscope à réseau diffractant (600 lignes / mm) sans échelle (par défaut).

A ce jour, ce type de spectroscopes ne possèdent pas d'échelle graduée, sont préréglés, pré focalisés (sur la partie centrale verte du spectre) ce qui peut représenter un avantage ou un inconvénient suivant l'utilisation que l'on en aura.
Il est d'une utilisation très simple et l'étalement linéaire des couleurs est très confortable. Cependant, ce type de spectroscopes, basés sur la diffraction de la lumière, donnent des spectres un peu moins lumineux que leurs homologues à prismes.

Filtre Bleu en sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4.5H2O): augmente la visibilté des bandes d'émission dans le rouge.

Avec un petit spectroscope à main que ce soit a prisme (voir photos et schémas) ou à réseau diffractant, vous verrez les bandes d'absorptions qui sont parfois de vraies signatures physiques de la gemme étudiée.

L'utilisation d'un spectroscope à main n'est pas des plus facile mais, avec un peu d'habitudes, vous serrez en mesure de confirmer certaines analyses gemmologiques.

Un spectroscope à prisme possédant une échelle graduée vous donnera, en plus du motif spectral observable, les déplacements approximatifs des bandes et/ou lignes qui le compose et ce, grâce à une échelle graduée (nm) projetée par un deuxième tube. Vous pourrez grâce a cet instrument observer de façon beaucoup plus répétable vos spectres et associer les motifs d'absorptions à des valeurs reproductibles.

Les spectroscopes à réseau diffractants ont exactement la même utilité que les spectroscopes à prismes.
Par contre la répartition des couleurs spectrales observables y est linéaire (et non logarithmique). C'est à dire qu'avec un spectroscope à prisme la partie rouge du spectre est écrasée et la partie bleue très étendue alors qu'avec un spectroscope à réseau les plages de couleurs sont plus également réparties.

Spectre d'émission dans le rouge d'une émeraude naturelle (fluorescence présente mais faible)

Spectre d'émission dans le rouge d'une émeraude synthétique anhydre (forte fluorescence)

Spectre d'émission dans le rouge d'un spinelle rouge. (forte fluorescence et nombreuses lignes d'émissions)

Parfois la pierre étudiée peu présenter une fluorescence rouge avec les raies d'émission qui s'y rapportent.

Afin de mieux percevoir les raies d'émissions dans la partie rouge d'un spectre, on peut intercaler un filtre qui absorbera tout la partie rouge de la source lumineuse afin de pouvoir apprécier les raies provenant uniquement du phénomène de fluorescence.

Cette technique peut se révéler bien utile pour étudier plus finement une gemme.
Par exemple :
-On peut apprécier la forte fluorescence rouge d'une émeraude synthétique anhydre en comparaison à la plus faible fluorescence d'une émeraude naturelle qui contient généralement des traces d'élément comme le fer empoisonnant la fluorescence.
-Les raies d’émission dans le rouge des spinelles rouges sont caractéristiques de cette gemme, etc.