Spectrographie et identification des minéraux

[mr42]

Je crois que c'est le rêve de nombreux caillouteux : comment accéder à la composition chimique du minéral que l'on vient de ramasser sans passer par un laboratoire bien équipé ?

Après pas mal d'essais, je commence à avoir des résultats intéressants.

Ce n'est rien que du bricolage : un spectroscope et un générateur d'arc électrique fabriqués avec les moyens du bord, le tout relié à un appareil photo et un ordinateur. Pas question de rivaliser avec des appareils professionnels.

Que vous ayez ou non une expérience en la matière, vos avis m'intéressent.

J'ouvre donc cette discussion pour vous présenter ces essais là où j'en suis aujourd'hui, ce qui marche ou ne marche pas, ce qui peut progresser... ou s'il vaut mieux arrêter tout de suite.

[Lionel-R]

NON !! Il faut continuer impérativement !!! S'il le faut je trouverai le temps de t'aider c'est trop fort !

Est ce que tu peux donner des détails de ton installation ?

Peux tu expliquer comme tu as fait précisément que l'on puisse te copier ?

Quels sont tous les minéraux que tu as analysé ? Peux tu montrer leurs spectre respectifs ?

Peux tu montrer le spectre d'une ghoetite très ocre ?

Comment as tu étalonné les longueurs d'onde ? (c'est le plus intéressant)

[Daniel Gol]

Absolument d'accord avec Lionel !

Des précisions sur ton montage ! STP

[mr42]

Bon, ça fait déjà pas mal de questions, on ne va pas répondre à totues en même temps.

Pour la partie spectro, j'en avais déjà parlé dans une autre discussion mais je veux bien apporter des précisions.

http://www.geoforum....ux/page__st__20

Depuis, j'ai mis au point un générateur d'arc électrique qui permet d'obtenir des spectres d'émission de bien meilleure qualité que les spectres de flamme que je produisais à l'époque.

Je continue avec un autre exemple qui permettra de donner plus d'explications.

Voici 3 spectres. Les deux premiers, je les ai obtenus avec mon installation.

Le premier est une sphalérite de Cavnic.

Le deuxième est obtenu avec un bout de zinc de récupération.

On peut vérifier que les deux spectres ont plusieurs raies en commun.

Pour compléter, j'ai ajouté un troisième diagramme qui vient en fait des données de la base de données spectrale du NIST. Il s'agit d'un simple graphique de tableur. Il permet de vérifier la présence de zinc dans les deux premiers spectres.

Cet essai présente déjà un petit intérêt dans la mesure où la sphalérite n'est pas toujours facile à identifier. Quand on sait qu'il y a du zinc le diagnostic devient plus simple.

[mr42]

Merci à Lionel et à Next50MY d'avoir répondu sur le sujet « Lumière et minéraux ».

J'ai ouvert cette nouvelle discussion car on est assez loin du sujet initial.

Merci de continuer la discussion ici.

En ce qui concerne l'innovation, je suis tout à fait de l'avis de Lionel. Même l'utilisation de l'appareil photo et la partie informatique sont déjà largement développées : il n'y a qu'à regarder sur les forums d'astronomie.

La différence avec les astronomes, c'est qu'ils observent des objets inaccessibles mais naturellement lumineux alors que nous avons nos cailloux dans la main mais il faut les torturer pour les faire parler.

Pour répondre à Next50MY, c'est vrai que l'on peut être surpris par la rareté de ce type d'approche.

En fait, il y a surtout deux difficultés à résoudre :

• trouver des composants de la vie courante pouvant être utilisés pour ce type d'appareil,
  
• effectuer de nombreux réglages (dimensions parfois au dixième de mm près, réglages de l'appareil photo, paramètres de la décharge électrique sans oublier la sécurité, choix des électrodes, pré-traitement des minéraux...) avant d'obtenir une image correcte...
  

En résumé, ça n'a pas coûté cher mais ça m'a pris beaucoup de temps.

Maurice

[Next50MY]

OK tu es modeste mais a en croire ce qu'ecrit LionelR qui semble bien etre un specialiste du sujet, cela ne parait pas aussi evident.

Ah oui les astronomes sont des geophysiciens, petrophysicists et geochimistes qui s'ignorent !

Il y a des choses equivalentes en routines pour observer les astres ?

Les spectres c'est programmé sur quel logiciel ? c'est le graphe d'un tableur avec une couleur affectee pour chaque point ?

[mr42]

Pour les applications en astronomie, je te conseille d'aller voir les sites suivants :

http://www.webastro....isplay.php?f=69

http://www.astrosurf.com/buil/

Pour du matériel sérieux (je ne fais pas de pub, c'est juste un exemple) on peut avoir un vrai spectromètre et non plus un spectrographe pour pas loin de 2000 euros avec tout ce qu'il faut comme logiciel :

http://www.thorlabs....ctgroup_id=3482

Mais cela ne comprend que la partie spectro et ne dit pas comment faire cracher les minéraux.

J'ai vu peu de sites où on parle de minéraux. Il y en a au moins un qui mérite un détour :

http://www.viewsfrom...methods_p7.html

[Next50MY]

C'est parfait merci, il y a de la matiere a lire et surtout a comprendre.

[mr42]

Comment as tu étalonné les longueurs d'onde ? (c'est le plus intéressant)

Les spectres c'est programmé sur quel logiciel ? c'est le graphe d'un tableur avec une couleur affectee pour chaque point ?

Le spectre obtenu, c'est d'abord une photo numérique.

Partant de là, il y a deux solutions :

- rester en mode image, je réalise alors un montage sous Inkscape

- extraire les valeurs numériques à l'aide d'une macro et les récupérer dans un tableur.

J'ai essayé les deux mais je n'utilise que la première. Le tableur est très bien si on veut faire de la spectrométrie mais c'est prématuré, il y a encore beaucoup de choses à régler avant.

Dans les deux cas, se pose la question de l'étalonnage. Je commence par photographier un spectre connu (une lampe au mercure, une pointe en laiton...) qui permet d'attribuer une longueur d'onde à chaque colonne de pixels. Après, il suffit de sélectionner la partie intéressante de la photo et de la coller sur une trame préparée une fois pour toutes. Si je veux aller vite, je fais le copier-coller en une fois. Pour être plus précis, il vaut mieux découper le spectre en segments car l'échelle n'est pas tout à fait linéaire.

[Next50MY]

Inkscape c'est noté Merci.

Pour un tableau le souci est d'attribuer un attrubu "couleur" valeur par macro sur un graphe, tu sais faire ?

[Daniel Gol]

mr42, j'ai pris le temps de regarder les références que tu donnes (dont le post précédent que j'avais zappé) et j'avoue que je suis sur le c... Je n'aurai jamais imaginé que l'on puisse se bricoler un spectro et obtenir de si bon résultat.

Cela ouvre de sacrées perspectives de bricolage pour les "longues soirées d'hiver".

Je pense que je vais rapidement être fan !

Un grand merci. Je vais suivre avec intérêt tes résultats et j'espère rapidement partagé les miens !

[Next50MY]

ouais et si un prof de physique ou un prof de mineralo bien costaud en physique et optique passe par ici ce serait pas mal qu'il donne son avis sur cette manip, voir si c'est faisable en TP par ex avec des etudiants, ça devrait faire des choses pas mal et contribuer à faire de bons mineralos, petrographes, petrophysiciens etc.

[mr42]

Je connais un prof de physique qui est intéressé. Il y a quand même la partie électrique qu'on ne peut pas mettre entre toutes les mains, du moins dans son état actuel.

Next, je me suis posé la même question à propos des couleurs dans les graphiques mais je n'ai pas la réponse.

[mr42]

Deux nouveaux spectres avec de la barytine et de la célestine. Ce sont deux minéraux qui peuvent être confondus.

[mr42]

En comparant avec un extrait de la base de données spectrales du NIST, on reconnaît facilement la présence de baryum dans un cas et de strontium dans l'autre.

Il y a d'autres raies mais il ne faut pas oublier que la plupart des minéraux ne sont pas conducteurs : il faut bien faire intervenir d'autres éléments.

[mr42]

Certains éléments pourraient néanmoins venir du minéral lui-même.

On retrouve certaines raies du baryum dans la célestine ainsi que du calcium dans la barytine, ce qui n'a rien de surprenant vu la proximité physico-chimique de ces éléments.

La présence de raies du strontium dans la barytine est possible mais moins évidente.

Il me semble que la barytine et la célestine forment les deux extrémités d'une solution solide continue. Ba et Sr doivent pouvoir se substituer l'un à l'autre en toutes proportion.

[Lionel-R]

Tout à fait :)

[Lionel-R]

Comment crée tu la source de lumière que tu passes dans le réseau ? Cette partie m'échappe.

[mr42]

La source de lumière, c'est un arc électrique entre deux électrodes.

Si je veux tester un métal, les deux électrodes sont de ce métal. Il faut ensuite établir une ddp convenable entre les deux électrodes puis les rapprocher jusqu'à ce que l'arc se forme.

Avec des minéraux, j'utilise des électrodes en graphite. L'une des deux électrodes est une plaque sur laquelle je dépose le minéral préalablement broyé et mélangé avec une solution conductrice.

[Lionel-R]

Et comment tu génères la ddp ? tu peux montrer une photo de ton montage ? Pourquoi une solution conductrice ? Et qu'elle est elle ? Tu peux tester combien d'éléments avec cette méthode ? Tu penses que ça serait possible de devenir quantitatif et non plus qualitatif ?!

[Flyadams2000]

Je comprends pas tout mais je trouve cela génial ! Il me tarde déjà de voir la suite !!! :)

[mr42]

Et comment tu génères la ddp ? tu peux montrer une photo de ton montage ? Pourquoi une solution conductrice ? Et qu'elle est elle ? Tu peux tester combien d'éléments avec cette méthode ? Tu penses que ça serait possible de devenir quantitatif et non plus qualitatif ?!

La ddp est créée par la décharge d'un condensateur.

Excuse-moi mais pour la partie électrique, je ne souhaite pas raconter à la terre entière comment je fais, il y a des risques d'accident.

La substance à tester doit se trouver sur le trajet de l'arc.

Dans la littérature, on préconise généralement de mélanger la poudre à tester avec de la poudre de graphite. Le spectre du graphite est relativement discret. J'ai essayé mais ça marche mal, la poudre se disperse sous l'effet de l'arc d'où l'idée de mouiller la poudre pour obtenir une sorte de pâte plus facile à utiliser.

Avec de l'eau, ça reste terne. Avec de l'acide chlorhydrique, on obtient des images lumineuses mais il y a plus de raies parasites. L'acide acétique me semble un bon compromis. Je crois qu'il y a là une voie à explorer : selon l'additif, on doit pouvoir mettre en évidence certains éléments.

Combien d'éléments peut-on tester ? Je n'en sais rien. Je pense que la plupart des éléments métalliques réagissent. Pour un même élément, cela dépend aussi du composé dans lequel il peut être englobé.

Je présenterai d'autres résultats qui permettront d'en discuter.

Il y a une autre contrainte qui est celle du broyage. J'utilise un pilon et un mortier en porcelaine (3 euros dans une grande surface) qui ne permettent pas de traiter des minéraux très durs. En pratique, pas plus de 5 sur l'échelle de Mohs. Il faudra que j'investisse dans des outils en alumine mais ce n'est plus le même prix.

Pour le quantitatif, j'en suis très loin.

[mr42]

On ne peut pas non plus tout détecter. Voici 3 essais sur de la fluorine, de la calcite et du gypse. Pour comparaison, les données du NIST pour le calcium.

La présence de calcium est clairement confirmée dans les 3 échantillons.

Par contre, je ne vois pas comment distinguer les fluorures des carbonates ou des sulfates.

[mr42]

Un rectificatif à mon précédent message.

En fouillant sur le net, j'ai trouvé une thèse intéressante que certains d'entre vous connaissent peut-être. On y trouve en particulier un spectre d'émission de fluorine.

Sur l'extrait ci-joint, on voit que la fluorine présente plusieurs bandes continues d'émission caractéristiques.

J'ai essayé de reproduire ce diagramme à partir de mes propres données (photo du message 23). Même si le procédé est différent (plasma induit par laser dans le cadre de la thèse) et si la qualité n'est pas la même, on retrouve bien les mêmes bandes pour les mêmes longueurs d'ondes.

Si le fluor n'apparaît pas directement, il y a bien dans le spectre des éléments caractéristiques de la fluorine. Sur les 3 bandes citées, deux ne se retrouvent ni dans la calcite, ni dans le gypse.

Référence :

Spectroscopie LIBS sans calibration : évaluation critique et application à l’analyse de sols pollués

par Grégoire Travaillé.

Thèse de doctorat en Sciences physiques et de l’ingénieur. Physique des plasmas

Sous la direction de Lionel Canioni.

Soutenue le 22-11-2010 à Bordeaux 1, dans le cadre de École doctorale des Sciences physiques et de l’Ingénieur (Bordeaux).

[Lionel-R]

Non mais c'est énorme !!! Grégoire Travaillé est un collègue de la même promo que moi, je le connais très bien :) il me parlait souvent de ces travaux de dingues avec des plasmas et des minéraux, je suis très impressionné que tu aies fait le rapprochement alors que connaissant les travaux, le doctorant et la minéralogie, je n'ai jamais pensé à lier les deux. En même temps tu as réalisé tout seul un spectromètre d'émission atomique, avant toi j'imaginais la chose tellement impossible qu'il ne me serait jamais venu à l'idée de tenter d'en faire un moi même.

Comment arrives tu à transformer tes images colorées en spectres ? Tu fais une lecture de l'intensité des raies en fonction de la longueur d'onde ? Et d'ailleurs juste pour voir, essaie de faire les spectre du soufre et du carbone pour voir si les raies supplémentaires ne sont pas de leur fait. cela devrait te permettre de pouvoir distinguer la calcite du gypse. Et d'ailleurs pour être rigoureux, il faudrait que tu travailles avec des matériaux purs. Les minéraux sont des mélanges infâmes bien loin des matériaux dont tu aurais besoin pour mener à bien tes études.

Veux tu que je demande si je peux en fabriquer en labo puis te les envoyer par la poste ? je ne te garanti rien, sur la faisabilité de la chose mais si je n'essaie pas, je ne saurai pas si c'est possible :)

Je peux faire facilement : CaSO4, et CaCO3, et sans doute d'autre produits mais on va commencer par ça.

Comment fait tu pour synchroniser ton appareil photo ? La ddp et l'atomisation peuvent être maintenue pendant combien de temps ?