Outil d'identification indispensable : la balance de précision

[cascaillou]

J'ai remarqué qu'un certain nombre de passionnés ne possedent pas de balance suffisemment precise pour pouvoir obtenir la densite exacte d'un petit echantillon. Hors, connaitre la densité d'un echantillon aide enormement a son identification.

D'autre part, ce moyen d'identification nous donne une valeur chiffrée, une balance de precision appropriée est donc le moyen de quitter le domaine du subjectif et de l'approximatif, ce qui est loin d'etre negligeable lorsque l'on comprend que l'identification mineralogique est avant tout une demarche scientifique.

Je voulais donc aborder le sujet des balances de precision, afin d'aider les amateurs a selectionner le modele qui leur convient pour effectuer des mesures de densité.

1)Tout d'abord, quelques considerations concernant la precision d'une balance:

Rappelons tout d'abord que l'on cherche a obtenir une valeur de la densité avec DEUX decimales (par exemple topaze 3,53)

Une balance avec une precision de 0,002g permettra d'obtenir une mesure de densite avec une erreur de 3% pour une pierre de 0,1g et une erreur de 1% pour une pierre de 0,2g et une erreur quasi nulle pour une pierre de 0,6g

Une balance avec une precision de 0,01g permettra d'obtenir une mesure de densite avec une erreur de 3% pour une pierre de 0,4g et une erreur de 1% pour une pierre de 1g et une erreur quasi nulle pour une pierre de 3g

A titre d'illustration, un cube de quartz de 1cm de coté pese environ 2,65g et un cube de 0,5cm de coté pese environ 0,33g.

Source: http://www.mineralab.com/Comparison.htm#SG%20Accuracy (j'ai un peu arrondi les valeurs, mais c'etait pour donner un simple ordre d'idées)

Meme avec une balance de laboratoire precise au milligramme près, il est generalement recommandé de ne pas trop se fier a une mesure de densité pour un echantillon pesant moins de 0,1g (0,5carat)

On comprend donc que lorsqu'il s'agit de mesurer la densite de tres petits echantillons, les limites d'une balance sont vite atteintes.

Il apparait egalement qu'une balance avec une precision de 0,01g est le minimum requis pour un mineralogiste ou un gemmologue: les balances avec des precisions de l'ordre de 0,05g 0,1g ou 1g sont tout a fait insuffisantes pour des echantillons de petite taille.

2)Quelques considerations concernant la capacité des balances:

Il existe des balances analytiques de laboratoire (instruments fragiles, volumineux et tres onereux) possedant a la fois une precision rigoureusement au milligramme et une capacité allant jusqu'a 500g, mais pour une telle bete il faudra compter plus de 1000 euros! Ce n'est evidemment pas ce type de balances que l'on retiendra.

Heureusement, il existe des balances de gemmologie avec une precision de 0,001 ou 0,002g a des prix plus abordables (100 a 300euros), celles-ci auront generalement une capacité maximale de 20 a 50g pour les modeles de poche, et parfois jusqu'a 300g pour les modeles portables (c'est a dire des modeles de bureau, facilement transportables, mais ne tenant pas non plus dans la poche).

Quant aux balances avec une precision de 0,01g (50 a 200euros), elles ont une capacité plus importante de 200 a 500g. Il existe bien entendu des modeles de poche, et des modeles portables.

3)Quel modele choisir:

A moins que vous n'envisagiez de beaucoup promener votre balance, je ne pense pas qu'ils vous soit utile de choisir une balance de poche, et je vous conseillerai plutot un modele dit 'portable'.

Une balance portable avec une precision de 0,01g et une capacité de 500g me semble ideale pour la mineralogie.

Veiller a ce qu'elle comprenne une fonction tare et une fonction calib. Preferer un modele dont le plateau de pesée est un peu surelevé par rapport au corps de la balance.

Je vous deconseille fortement d'acheter une balance de marque Z pour trois cacahuètes, car aussi tentant que cela puisse etre, sachez qu'en matiere de balances, on en a toujours pour son argent, et seulement pour son argent.

Autant il existe quelques fabricants reputés pour la qualité de leur balances, lesquelles sont d'une grande exactitude dans les mesures mais generalement pas dans les premiers prix, autant il existe aussi pleins de balances tres bon marché made in chiotte qui donnent souvent des mesures completement approximatives et variant d'une fois sur l'autre! Mieux vaut donc privilegier la qualité, j'ai bien quelques modeles corrects en tete, mais j'ai la flemme d'en faire le detail maintenant.

Un autre point important, c'est le poids de calibration fournit avec la balance, qui doit etre fait d'une seule piece. Si l'on veut obtenir des mesures exactes, la calibration de la balance doit etre systematique.

S'il n'est pas fournit, il est toujours possible d'en acheter un separemment, mais sachez que c'est cher (ca peut aller chercher dans les 50 a 100euros, frais de port non compris), il faudra en outre veiller a choisir un poids de calibration possedant une incertitude de masse adaptée a la balance que l'on souhaite calibrer (miser sur a peu pres 1/10e de la precision affichée de la balance)

Il existe de nombreux sites web proposant des balances a la vente (et pour un meme modele, certains peuvent proposer des tarifs tres avantageux par rapport a la concurrence). Sachez que les balances supportent mal les longs voyages tumultueux, donc lorsque vous commandez une balance, assurez vous au prealable que le vendeur acceptera sans discuter une reprise ou tout du moins un echange dans le cas ou la balance arriverait en ayant perdu la boule.

Certains pourraient vouloir egalement investir dans une balance avec une precision de 0,001 ou 0,002mg:

-les gemmologues (qui peuvent avoir a identifier de minuscules pierres taillées, ou a peser precisemment des pierres a plus de 1000$ le carat)

-eventuellement le mineralogiste dans l'optique de pouvoir connaitre la densité d'un mineral a partir d'un tout petit fragment de celui-ci (ce qui peut notemment etre pratique dans le cas ou l'echantillon mele plusieurs especes differentes, ou bien si le mineral se presente sur gangue).

Pour le mineralogiste, cela reste un achat facultatif, la balance 0,01x500g etant a mon sens l'investissement prioritaire.

Etant donné que la balance 0.01x500g sera tout a fait adaptée pour les echantillons presentant un certain poids, il est inutile de vouloir une balance au milligramme possedant egalement une grande capacité. Ainsi, un excellent modele que je recommande est la Tanita 1230 (0.002gx20g), vendue entre 150 et 300e selons les fournisseurs (attention aux copies, preferer un detaillant fiable). C'est a mon avis le meilleur modele actuellement disponible sur le marché (modele de poche, avec une grande regularite et precision dans les mesures, prix raisonnable, poids de calibration de qualité inclu).

4)Le kit de pesée hydrostatique:

Il existe des kits de pesée hydrostatique universels ('specific gravity kit') a vendre sur le web, mais ca represente encore un investissement supplementaire (60 a 100euros selon les fournisseurs).

Cependant, il est facile et peu couteux de se fabriquer soi meme un kit adapté a sa propre balance au moyen d'une fine tige de metal leger et non magnetique (aluminium ou duralumin). En s'appliquant, on peut obtenir un resultat tout a fait performant.

5)Usage et entretient d'une balance de precision:

Eviter l'exposition a l'humidité et la chaleur. Garder a l'abri du sable, de la terre et de la poussiere. Garder a bonne distance des aimants. Traiter la balance avec soin: les balances de precision sont des instruments tres sensibles, elles n'aiment pas les secousses et les chocs. Ainsi, moins on ballade la balance mieux c'est, et lorsque ca a ete le cas, toujours recalibrer avant de proceder a une pesée. Pour effectuer des pesées, il convient de placer la balance sur un support stable, plat et surtout bien horizontal. Pendant la pesée, eviter les vibrations et les courrants d'air (nombreuses balances sont d'ailleur equipées d'un capot transparent rabattable permettant de limiter encore d'avantage les courrants d'air pendant les pesées). Eloigner les objets en metaux magnetiques (fer, acier) durant les pesées, notemment ne pas utiliser de pincettes en acier pour deposer les pierres sur la balance (il existe des pincettes speciales en titane ou en acier amagnetique prevues a cet effet). Appuyer sur la fonction tare entre chaque pesée. Ne pas effectuer de pression sur le plateau de pesée, ne pas tirer dessus non plus. Utiliser des piles de qualité, penser a les changer avant qu'elles ne soient faibles.

Les poids de calibration doivent egalement etre traites avec soin, conservés a l'abri de l'humidité et des aimants.

A noter que la pesée dans l'eau peut manquer de precision pour les mineraux a forte porosité, qui vont boire cette eau si bien que la lecture de leur masse ne va cesser d'augmenter sans se stabiliser pendant 2-3minutes (c'est notemment le cas de la chrysocolle)

[montroc81]

Autres considérations à propos des balances :

Elle peut aussi servir à peser les produits chimiques pour nettoyer les minéraux ..... en opérant à main levée la majorité des mineralos (dont moi le premier) ont la main tres tres lourde et surdosent les réactifs (ca coute plus cher et ca peut créér l'inverse de l'effet désiré : précipitation et formation de croute sur l'échantillon).

J'avoue que suis très sceptique sur les mesures de densité faite dans la cuisine de monsieur tout le monde (pour les minéralos) :

-d'une part car il existe souvent un grand nombre de mineraux possibles pour une faible variation de densité ... alors quand on greffe l'erreur de mesure la dessus ... c'est plus un tirage au sort qu'une mesure

- c'est pas évident d'avoir un échantillon composé à 100% de la phase inconnue, le plus souvent les cailloux sont des mélanges de minéraux

D'un autre coté ... ça ne coute pas trop cher de tenter le coup ..... cela n'est pas trop compliqué non plus .... enfin au moins pour avoir un ordre de grandeur

[Invité phénacite]

Cascaillou tu me subventionnes et j'investis

[Lionel-R]

Super ce petit texte sur les balances !!!

Pour ma part j'ai pris deux balance sur e**y made in china à 7.5€ la balance (de mémoire vendue pièce 25€ en France), donc des trucs d'une destination vraiment risquée... Je ne sais pas si les balances sont bien calibrées cependant les mesures sont parfaitement reproductibles et j'ai pu vérifier que les mesures de densité étaient correctes sur des échantillons de référence. Donc tout n'est pas à jeter à la poubelle, ça dépend, mais je n'écarte pas d'avoir eu beaucoup de chance. J'ai choisi une balance 200g précision 0.01g pour les petits échantillons et une 1kg 0.1g pour les échantillons plus volumineux. Je fais mes mesures à l'arrache avec un bol d'eau et de la ficelle, c'est (très) rustique mais efficace (jusqu'à maintenant).

Je me permets de rajouter une chose importante, le calcul d'incertitude : Dm*(1/m1+1/m2)

avec Dm la sensibilité de la balance

m1 la masse dans l'eau (sans toucher les bord ou le fond du récipient)

m2 la masse dans l'air

En toute rigueur l'incertitude de la balance n'a rien à voir avec la sensibilité affichée, le calcul revient à majorer l'incertitude et cela est tout à fait acceptable

[cascaillou]

pour la balance a prix mini made in china, tu t'en sors bien, moi j'ai eu des revers avec ce genre de gadgets

pour que la densité soit un critere de differentiation fiable entre plusieurs mineraux de densite voisine, il faut obtenir une valeur precise a deux decimales.

Sur de petits echantillons, avec une balance manquant de precision, ca pose probleme.

sinon, voici un lien en anglais definissant les differents termes utilises pour decrire les caracteristiques d'une balance:

http://www.balances.com/applications/glossary.html

voir la signification des termes: linearity, repetability, accuracy, readbility, resolution...

Marques reputées pour leur qualité:

sartorius, mettler toledo, ohaus, tanita

Marques moins reputées dont j'ignore la qualité respective:

acculab, myweigh (gempro), gemoro, proscale, etc... (attention, certaines proposent des produits tres bas de gamme)