Lumière et minéraux

[mr42]

Avec des minéraux c'est mieux.

Un exemple en fluorescence:

- le premier spectre représente la partie visible d'une lampe à uv longs,

- le deuxième un rubis éclairé avec cette même lampe.

On retrouve la raie à 694 nm du laser à rubis ainsi que d'autres raies, toujours dans le rouge. La raie sur la gauche est un reflet de la lampe elle-même.

[mr42]

Toujours avec la même lampe à uv longs, une calcite que j'avais déjà présentée le 23 février.

On retrouve la même couleur rouge mais elle ne forme pas de raies bien localisées.

[José el Français]

Bonne initiative.

Juste 2 problèmes :

- les spectres sont inversés en gemmologie

- et en principe ils sont obtenus avec une bête à cornes, en tous cas une source lumineuse avec le spectre (dans la lumière visible) le plus complet possible.

Après tu peux utiliser des filtres de couleur ou polarisant pour affiner certains spectres.

JeF

[mr42]

Bonjour et merci pour ces remarques.

Pour le sens de présentation, je n'ai pas trop réfléchi. En fait, la pupart des références que j'ai trouvées sont dans le sens des longueurs d'onde croissantes vers la droite. J'ai repris la même orientation pour faciliter les comparaisons.

Une question: en gemmologie, je suppose que l'on travaille essentiellement en transmission? La plupart des pierres doivent être transparentes. Dans ma collection, les pierres transparentes sont loin d'être majoritaires ou alors il faudrait travailler sur des lames minces et avoir les outils nécessaires. Mais je compte bien avoir quelques sujets à présenter dans les jours qui viennent.

Pour l'instant, j'essaie tout ce que j'ai sous la main comme cailloux et comme sources de lumières. Forcément, ça part un peu dans tous les sens.

[mr42]

Une autre application possible de la spectro, c'est le bon vieux test de couleur de flamme en plaçant un spectroscope entre la flamme et l'observateur.

Voici un premier exemple avec deux minéraux contenant du calcium.

Pour la calcite, c'est assez facile: on dilue un peu d'acide chlorhydrique dans de l'alcool à brûler, on y place un bout de calcite et on enflamme.

Pour le gypse, j'ai du mal à obtenir une flamme stable et une coloration suffisante. On retrouve en moins vif les mêmes raies qu'avec la calcite. La raie la plus nette, vers 589 nm, indique la présence de sodium. Il reste à savoir si ce sodium vient de l'échantillon lui-même ou s'il a été introduit fortuitement pendant la manip.

[mr42]

Une autre série de spectres de flammes autour du cuivre.

Pour la malachite, c'est la même recette que pour la calcite et ça marche bien.

J'ai essayé également avec un fil de cuivre préalablement trempé dans l'acide, pas de problème non plus.

Les deux spectres présentent de nombreuses raies communes. Pour la malachite, on voit aussi un spectre continu du vert au rouge qui doit venir du rayonnement thermique de la flamme. Pour la malachite, le temps de pose est 10 fois plus long que pour le cuivre métal.

Pour la ténorite en revanche, on est vraiment à la limite de la sensibilité de l'appareil, on distingue vaguement quelques raies. ici encore, la raie du sodium est bien visible. Je pense qu'il vient de l'acide...

[Lionel-R]

Mais c'est énorme !!! Et tu postes ça innocemment comme si de rien n'était ?! NaMéOh !! La spectroscopie pour faire de l'analyse c'est le must ! Alors maintenant tu vas poster des photos de ton montage, ton protocole d'étalonnage, la source de ton réseau et ses mensurations. Une explication sur comment tu prends des photos parce que mince c'est pas anodin quoi, ça déchire même, chapeau !!!

[Géologiste]

Je suis on ne peut plus d'accord avec Lionel-R.

Je me demande même si ça ne vaudrait pas le coup d'ouvrir un post rien que pour ça, vu l'intéret du truc !!!

en tout cas bravo pour l'initiative et les premiers résultats

[mr42]

Merci pour vos encouragements.

Cela fait maintenant 2 mois que je tatonne. Les résultats sont encourageants. Il ne faut pas non plus trop s'emballer. Pour l'instant, à part les carbonates, je n'ai pas grand chose qui fonctionne. Si on en reste là, ça restera une simple curiosité.

Le montage a subi de nombreuses révisions mais c'est l'occasion de remettre un peu d'ordre, je vous prépare un résumé avec quelques photos.

Mais c'est aussi l'intérêt du forum, que d'autres se mettent à creuser le sujet et avec le foisonnement des idées, on arrivera peut-être à quelque chose de sympa.

[fluopathe]

Mais c'est énorme !!! Et tu postes ça innocemment comme si de rien n'était ?! NaMéOh !! La spectroscopie pour faire de l'analyse c'est le must ! Alors maintenant tu vas poster des photos de ton montage, ton protocole d'étalonnage, la source de ton réseau et ses mensurations. Une explication sur comment tu prends des photos parce que mince c'est pas anodin quoi, ça déchire même, chapeau !!!

+1

[mr42]

Quelques explications sur le montage utiisé.

Pour commencer, une photo du spectro qui n'est qu'une partie de l'installation.

Le corps du spectro est réalisé en carton rigide recouvert à l'intérieur de papier à dessin noir mat.

J'ai acheté un réseau blazé à 600 lignes par mm au format diapositive pour 40 euros chez www.jeulin.fr. On doit trouver des choses équivalentes chez www.edmundoptics.com. C'est le seul investissement vraiment utile. On peut se faire la main avec un bout de cdrom, ça marche également mais c'est quand même très limité.

La fente est faite avec deux bouts de lame de cutter collés entre deux morceaux de carton. C'est la partie la plus délicate, je l'ai ajustée sous la binoculaire. La largeur de la fente doit être très régulière et son épaisseur bien choisie. Après plusieurs essais, j'ai retenu une fente de 0.1 mm de largeur avec une distance de 28 cm entre la fente et le réseau, ce qui permet une résolution de l'ordre du nanomètre. Si on manque de luminosité, on peut essayer une fente plus large mais on perd en résolution.

[mr42]

Après, ça tourne un peu à l'usine à gaz. Voici une photo d'ensemble. Les divers composants demandent tous des choix et des réglages.

- le spectro, bien entendu

- l'appareil photo, un peu caché, c'est un EOS500,

- l'ordinateur n'est pas strictement nécessaire mais quand même très pratique pour piloter l'appareil photo, en particulier pour prendre les photos sans bouger,

- un support également bricolé qui permet de positionner rapidement l'appareil et le spectro,

- une lampe fluorescente pour régler la mise au point et pour caler l'échelle de longueurs d'onde,

- des bouts de carton pour protéger l'objectif des lumières parasites.

Pour l'appareil photo, le choix est assez libre. La principale contrainte, c'est la mise au point manuelle. L'autofocus ne s'y retrouve pas.

J'avais commencé avec un objectif macro mais ce n'est pas nécessaire. Maintenant, j'utilise plutôt un 50 mm fixe plus lumineux. La distance de mise au point minimale est de 45 cm mais ce n'est pas gênant car ce qui compte, c'est la distance entre le capteur et la fente du spectro.

Pour l'appareil photo, le choix est assez libre. La principale contrainte, c'est la mise au point manuelle. L'autofocus ne s'y retrouve pas.

J'avais commencé avec un objectif macro mais ce n'est pas nécessaire. Maintenant, j'utilise plutôt un 50 mm fixe plus lumineux. La distance de mise au point minimale est de 45 cm mais ce n'est pas gênant car ce qui compte, c'est la distance entre le capteur de l'appareil et la fente du spectro.

Pour l'étalonnage, je commence et je finis chaque scéance par une photo du spectre de la lampe fluo. La première pour la mise au point et pour l'étalonnage, la dernière pour vérifier que rien n'a bougé entre temps. Si ce n'est pas le cas, il faut recommencer. Entre les deux, il ne faut bouger ni l'appareil ni le spectro, ne pas modifier la mise au point ni l'ouverture : on peut jouer uniquement sur le temps de pose et sur la sensibilité, accessoirement sur la balance des blancs mais ce n'est pas très utile.

L'étalonnage se fait sur l'ordinateur. La photo de la lampe fluo présente plusieurs raies du mercure. J'utilise les raies à 435.8 et à 579.1 nm. Il faut repérer les coordonnées en pixel correspondant à ces deux longueurs d'onde. La plupart des logiciels de dessin ou de retouche de photo permettent de le faire. Ces coordonnées restent valables pour toutes les photos de la séance, tant que l'on respecte les conditions ci-dessus. Je termine le montage avec le logiciel Inkscape, je colle la partie intéressante de la photo sur une échelle que j'ai préparée une fois pour toutes.

Ce montage suppose que l'échelle des longueurs d'onde est linéaire, ce qui est approximativement le cas avec un spectroscope à réseau.

[nk28]

Si quelqu'un a des photos d'amétrine, ce sera avec plaisir !

C'est un mélange fameux d'améthyste et ce citrine (ce n'est pas citrhyste, si triste, ok je sors...)

Bref, c'est violet et jaune et voilà !

[José el Français]

Intéressant le montage, quand on voit comment c'est la misère de voir un spectre...

Y'a une association gemmologique au Canada qui commercialise un système d'acquisition à brancher en USB à un PC pour environ 1500€, ça sort sous forme de graphique et le spectre est plus étendu que la lumière visible.

Bon, l'inconvénient là c'est l'immobilité du montage, difficile de manipuler spectro + caillou + lampe pour obtenir le meilleur spectre.

J'obtiens à peu près la même chose avec l'appareil de mon téléphone et un spectro à main devant l'objectif, c'est moins défini qu'avec ton système mais ça suffit pour la gemmo.

Envoie nous un max de spectres, surtout avec des minéraux banals pour comparer les rendus.

JeF

[mr42]

J'avais apperçu le système cigem. C'est intéressant mais ça reste un très gros budget. Bien entendu, sortir des 400-700 nm, c'est le rève.

Mais peut-on faire autre chose que de la gemmologie? Je trouve les spectres de flamme très intéressants...

J'arrive également à sortir des graphiques avec un bricolage informatique: une feuille de tableur avec une macro en visual basic qui va lire les composantes rouge-vert-bleu d'un fichier bitmap et qui calcule une luminance selon la formule CIE.

Et après? J'obtiens des nombres entre 0 et 255 dont la signification physique n'est pas simple: en gros, au départ on a un flux énergétique qui est traduit de façon "obscure" par l'appareil photo, le rendement des capteurs qui dépend de la longueur d'onde, le vignettage...

Je sais qu'il existe un logiciel utilisé par les astronomes qui fait tout ce travail et qui en plus est gratuit, il faudra que j'explore cette voie.

[Lionel-R]

Je ne suis pas convaincu par ton spectre de la malachite car il ne devrait pas y avoir tant de bandes d'absorption. Il faut que tu fasses un blanc pour soustraire le spectre de ta source d'émission et garder les bandes du produit que tu testes. Quand tu auras un spectre comme ça, envoie moi les données, je vais voir si je peux les traiter.

[mr42]

Bonsoir Lionel,

Je pense comprendre ta question mais la difficulté est qu'il s'agit d'un test de flamme. Il est clair que le rayonnement de la flamme se superpose à celui de la malachite. Il n'apparaît que faiblement dans le cas du cuivre car le temps de pose est très court.

La difficulté est que ce rayonnement dépend de la température de la flamme que je ne contrôle pas.

Voici les spectres de l'alcool qui me sert de combustible et de l'alcool mélangé avec l'acide chlorhydrique en l'absence de tout minéral.

Le pic à 589 nm est toujours celui du sodium, il apparaît avec l'acide mais peut-être est-il déjà présent dans l'alcool sous une forme inactive...

Attention, les deux ne sont pas directement comparables, l'échelle verticale est très arbitraire, il faudrait que je refasse les prises de vues plus proprement avec des conditions aussi identiques que possibles.

Il faudrait également que j'arrive à tenir compte du fonctionnement de l'appareil photo, le creux vers 570 nm me semble venir d'une moindre sensibilité dans la zone intermédiaire entre les capteurs verts et rouges.

Si tu pense pouvoir en tirer quelque chose, dis moi de quoi tu as besoin: fichier excel avec les données sources des graphiques?

[Lionel-R]

Oui c'est ça, le fichier excel avec les données, mais il n'est pas certain que je sorte quelque chose. Tu vois je n'avais même pas compris que tu faisais des tests de flamme. Ça change tout, je ne connais pas ces spectres d'émission (sans doute sont ils les mêmes qu'en optique classique ? je n'en sais rien...). Je te donne mon mail par MP pour les données et de mon coté je vais voir les spectres d'émission pour voir ce que je peux faire.

[mr42]

Un nouvel exemple, en absorption cette fois.

C'est une tourmaline que j'avais déjà présentée avec un fort pléochroïsme.

Les deux spectres sont réalisés en lumière polarisée avec l'axe du cristal parallèle ou perpendiculaire à la direction de polarisation.

Le graphique représnte les mêmes spectres sous la forme d'un taux de transmission: quantité de lumière sortant du cristal divisée par lumière entrant.

[Lionel-R]

Génial ! tu peux rajouter le spectre de la lumière blanche ?

[nk28]

Mes plus vives félicitations ! Continue !

[tempo]

Oui c'est très intéressant :)

[mr42]

Bonsoir et merci pour vos encouragements.

Je vais essayer de continuer mais sans trop vous en promettre et d'ailleurs, j'espère bien que d'autres publieront ce genre de résultats.

D'abord parce que j'aurai vite fait le tour des pièces intéressantes de ma collection.

Ensuite parce que c'est une bonne activité pour les soirées d'hiver en région parisienne mais avec les beaux jours, je préfère nettement être sur le terrain.

Je tiens aussi à ne pas passer pour ce que je ne suis pas. J'ai entrepris cette série d'essais pour comprendre une technique que je ne maîtrise pas. Les plus calés d'entre vous trouveront peut-être que j'enfonce des portes ouvertes. Qu'ils aient au moins la patience de me lire et de pointer les inévitables erreurs.

[José el Français]

peut-être que j'enfonce des portes ouvertes.

Oui, c'est un peu ça, mais en effet, ça n'enlève rien à la qualité de la démarche mais bon...

JeF

[Next50MY]

mr42,

tu devrais penser à déposer un brevet, on ne sait jamais ... surtout si tu mets le protocole en ligne !

Ca sent l'invention géniale ton système, si ça se vérifie, j'imagine même pas que les geologues miniers ne louchent pas la dessus sans faire des bonds avec des $ pleins la tete.