Spectrographie et identification des minéraux

[mr42]

Je me disais bien que tout ça avait un air de famille. Non, en fait je suis tombé dessus sans le faire exprès en cherchant des spectres de fluorine sur google.

Je crois que tu es du coté de Bordeaux, c'est un peu loin, mais si un jour tu passes par Paris, fais moi signe en MP, je te montrerai comment ça marche. C'est difficile de tout expliquer par correspondance.

Les matériaux purs, oui, c'est une des difficultés. En même temps ça oblige à se poser plein de questions et c'est plutôt une source de progrès.

Cela dit, je fais tout ça par curiosité, pour comprendre. Il n'y a pour moi aucun autre enjeu, aucune obligation de publication.

Il y a de toute façon des labos pour lesquels tout ça est trivial..

Pour l'intensité des raies, ça reste sommaire. Je pars du fichier image dans lequel une macro va lire les composantes RVB de chaque pixel et je fais une moyenne sur la plage concernée. Le sens de ce signal n'est pas évident dans la mesure où il dépend entre autres du fonctionnement de l'appareil photo.

Le temps de pose est imposé par la décharge du condensateur, je peux moduler la charge du condensateur via la tension mais je ne connais pas réellement le temps de décharge qui est très bref, une fraction de seconde. Je fixe le temps de pose de l'appareil à 2 ou 3 secondes pour être certain de capter le bon moment.

[zunyite]

j'utilisais, pendant un temps un spectro à arc ; la poudre mineral était soufflée sur l'arc . Cela me parait plus "facile" que de faire passer l'arc sur la "pâte" (par contre j'ai comme l'impression que la manip "craint" un peu au point de vue sécurité............

[Next50MY]

On m'enlevera pas de l'idee que quelqu'un qui parvient a faire du materiel simple et pas cher devrait securiser sa decouverte.

L'experience est probante sur la fluorine si on compare avec les resultats de cette these.

[mr42]

par contre j'ai comme l'impression que la manip "craint" un peu au point de vue sécurité............

On m'enlevera pas de l'idee que quelqu'un qui parvient a faire du materiel simple et pas cher devrait securiser sa decouverte.

C'est bien, vous vous souciez tous les deux de sécurité. De mon point de vue, il n'y a qu'une seule et même réponse à vos deux préoccupations : en dire le moins possible.

Zunyite, je te suis tout à fait, j'ai pris quelques précautions : j'ai exclu dès le départ le courant alternatif et j'ai cherché à utiliser la tension la plus basse possible. La capacité du condensateur et le niveau de tension font que l'on doit rester dans la zone non dommageable (intensité et durée de décharge) définie par la norme CEI 479-1.

Ces calculs n'engagent que moi. J'aurais aimé partager mais je préfère attendre d'avoir trouvé mieux.

Par contre, si un jour je trouve une solution bisounours, alors je suis les conseils de Next et je dépose un brevet.

[mr42]

Voici le spectre du graphite qui sert de support à la plupart des essais. Il s'agit pour une fois d'un produit relativement pur acheté au dernier salon des minéraux de Paris. Si le vendeur se reconnaît, il verra combien son produit m'a été utile...

Comme pour la fluorine, j'ai pu trouver un point de comparaison avec un cours de combustion de Giorgio Zizak, CNR-TEMPE, Milan :

http://www.tempe.mi.cnr.it/zizak/tutorial/cairol06-flame-emission.pdf

Le deuxième graphique est extrait de ce cours. Il s'agit d'un spectre d'émission d'une flamme de méthane.

Le premier et le troisième viennent de mes essais.

On retrouve les raies de Swan (je viens d'apprendre leur existence) qui sont émises par des molécules C2.

Maurice

[Lionel-R]

Bref, tu travailles bien :)

[mr42]

Merci

[Lionel-R]

Le spectre que tu viens de présenter est celui du graphite pur que tu as préparé à l'aide du protocole dont tu as déjà parlé, mais as tu fait le spectre de la lumière que l'on obtient simplement quand tu fais la décharge entre les électrodes et qu'il n'y a pas de matériau à tester ? Ça te permettrait de faire un blanc et une soustraction de ce blanc au signal avec matériau donnera des spectres plus précis (il faut que le blanc soit reproductible...) et d'ailleurs, est ce que tes mesures sont reproductibles ? Si elles ne le sont pas, quels sont les variables qui changent ?

[mr42]

Le graphite, c'est bien le blanc dont tu parles. J'ai deux électrodes en graphite et sur l'une d'elles, je pose l'échantillon à tester. Le blanc, c'est le graphite sans rien dessus comme dans le message 30.

Après, il faut bien comprendre que ce n'est qu'un bricolage avec des moyens réduits.

La reproductibilité est difficile à maîtriser :

Il faudrait vérifier la charge du condensateur avec plus de précision.

Les électrodes sont rapidement polluées par les échantillons, il faut les nettoyer et les poncer régulièrement, ce qui fait que leur forme et leur position varie d'un essai à l'autre...

Il reste beaucoup de chose à améliorer mais si je regarde le chemin parcouru depuis mes premiers essais, on peut toujours rêver...

[Invité les roches]

continus de nous faire réver!!

[zunyite]

je ne sais pas comment sont tes electrodes mais sur l'appareil que j'utilisais, la méthode la plus simple que j'ai choisi apres différents tests : un taille crayon pour refaire les pointes et les débarasser des reliquats de poudre !

[mr42]

Bonsoir Zunyite,

Pour moi, c'est plutôt un coup de lime, l'une des électrodes est plate.

A part le taille-crayon, je suppose que le reste de l'apapreil était plutôt professionnel?

[zunyite]

Bien sûr : marque philips (prototype mis au point avec le BRGM) et utilisé au Maroc : 32 éléments analysés en simultané ; 1g de poudre chargé en 50microns entre deux electrodes cylindo coniques ( d'où le taille crayon)!

[mr42]

Une petite série autour du mercure avec les raies officielles selon le NIST.

[mr42]

Quelque chose de plus compliqué avec une chalcopyrite.

Pour comparaison, les spectres du cuivre et d'un bout d'acier censé représenter le fer. Il s'agit d'objets d'usage courant dont la composition n'est pas garantie.

Le cuivre est assez facile à identifier dans le spectre de la chalcopyrite : un petit nombre de raies très lumineuses domine le reste.

Pour le fer, c'est un autre histoire. De nombreuses raies dont aucune ne domine vraiment. Il n'est pas facile d'être certain de la présence de fer.

[mr42]

La base de données du NIST est un outil remarquable mais pas très facile à utiliser surtout quand on n'est pas spécialiste.

Concernant le fer, elle propose plus de 2000 raies rien que dans le visible.

Il y a des indications telles qu'intensité relative ou probabilité de transition qui permettent de faire un tri mais ça débouche rarement sur une coïncidence parfaite avec les données expérimentales.

Pour aller plus loin, voici un extrait de la base pour le fer sous forme graphique.

J'ai séparé un peu arbitrairement les raies selon leur intensité relative en fort, moyen et faible.

On retrouve alors un air de famille avec le spectre de l'acier. La plage 485-580 correspond assez bien. Dans le spectre que j'ai obtenu, les rouges extrêmes et les violets sont filtrés par l'appareil photo. Il y a en revanche plusieurs raies dans la plage 580-630 qui sont quasiment absentes chez NIST. Peut-être une addition ou une impureté dans l'acier?

Certaines parties se retrouvent également dans la chalcopyrite du message précédent là où elles ne sont pas masquées par d'autres éléments.

Quelqu'un a-t-il déjà utilisé ces tables?

[Lionel-R]

Je serai toi, je ferai plutôt un spectre de pyrite parce que dans l'acier ya tellement de chose autre que du fer, remarque dans la pyrite aussi... tente une pyrite de Navajun, si on tape dans de l'hydrothermal ça va être blindé de trucs bizarres aussi.

[mr42]

La pyrite, j'y ai pensé mais c'est un peu trop dur pour mes outils. Je essayer une nouvelle fois, voir si j'arrive à la broyer correctement...

Et puis, dans un acier à ferrer les ânes (des clous achetés chez bricomerlin) il n'y a quand même pas tant d'additifs que ça. Le chrome, le vanadium, etc.. ça coûte.

De toute façon, les trucs compliqués, c'est bien ce qu'on rencontre dans la vraie vie. Il faut y aller progressivement mais y aller quand même.

[mr42]

Un problème diamétralement opposé au précédent.

Il s'agit de galène.

Il y avait tellement peu de résultats avec les électrodes en graphite que je les ai remplacées par de l'aluminium. Il y a plus de raies parasites mais curieusement, on distingue 2 raies du plomb vers 500, 520 nm. Enfin j'espère que c'est bien lui.

Ici le problème confirmé par NIST, c'est que dans le visible les raies du plomb ne sont ni très intenses ni très nombreuses. Les plus intéressantes se trouvent à la limite de l'ultra-violet, là où mon appareil ne voit plus rien.

Il sera de toute façon difficile de reconnaître le plomb sauf à étendre le champ de vision dans l'UV.

[mr42]

Après tous ces essais, un essai de bilan.

Les deux points importants me semblent être :

• qu'on peut obtenir des infos qualitatives sur la composition chimique des minéraux sans employer de moyens lourds,

• que ces essais ne nécessitent que de petits échantillons, l'équivalent d'un grain de riz.

Lors de ces essais, j'ai pu identifier avec plus ou moins de difficultés une quinzaine de métaux différents ainsi que l'hydrogène.

Les autres éléments non métalliques restent par contre sans réaction.

Quelques liaisons moléculaires apparaissent également avec le graphite et la fluorine.

Parmi les métaux, il y a une différence entre :

• ceux qui produisent un nombre limité de raies de forte intensité (Ca, Ba, Sr, Cu, Zn, Hg...) les plus faciles à identifier,

• ceux qui produisent un spectre particulièrement fourni duquel rien n'émerge vraiment comme Fe ou W qui demanderaient une meilleure résolution,

• les grands timides comme Pb ou Sb qui risquent de passer inaperçus, une extension vers l'ultraviolet devrait améliorer les résultats.

Cela reste qualitatif, on est loin de pouvoir passer au stade quantitatif. Il faudrait d'abord arriver à des résultats plus reproductibles. De plus, les éléments réagissent différemment selon les composés dans lesquels ils sont insérés.

La meilleure façon d'utiliser cette technique me semble être la constitution d'une bibliothèque de spectres des espèces minérales à partir d'échantillons bien validés.

Quelques pistes pour progresser :

• pouvoir traiter des minéraux plus durs, notamment les silicates (est-ce que le silicium réagit?)

• améliorer la résolution du spectroscope permettrait de mieux voir les éléments avec un grand nombre de raies comme le fer,

• étendre le spectre hors de la lumière visible, l'UV pour voir davantage de raies atomiques et l'IR pour les liaisons interatomiques...

[mr42]

Un petit retour sur ce vieux sujet que je n'ai jamais laissé tomber.

Il y a quelques évolutions que j'aimerais vous présenter.

Tout d'abord, j'ai divisé le spectroscope en 3 compartiments.

Les compartiments du haut et du bas sont éclairés par une lampe fluorescente ordinaire qui sert d'étalon.

Le compartiment du milieu reçoit le spectre à étudier.

Voici une photo brute de décoffrage, je vous laisse deviner quel est l'échantillon.

[mr42]

A partir de là, le traitement est très simple :

- l'échelle graduée est préparée une fois pour toutes sur un fichier image à part avec des repères pour les principales raies du mercure.

- quelques opérations basiques, copier>coller>étirer> recadrer, permettent de caler le spectre à étudier sur cette échelle en quelques clics.

[mr42]

Un exemple d'utilisation avec un échantillon de sidérite.

(voir le sujet http://www.geoforum.fr/topic/18562-vos-decouvertes-de-mineraux-les-plus-recentes-2/page-298#entry511093 )

Le spectre de la sidérite est comparé à celui d'un bout d'acier.

On retrouve une par une les mêmes raies, la présence de fer est confirmée.

La raie jaune à 589 nm est celle du sodium, la raie rouge à 657 nm appartient à l'hydrogène (il faut rajouter un peu d'acide pour améliorer la conduction électrique)

[Lionel-R]

Je reste pantois :) bravo !

[mr42]

Merci Lionel.

C'est du temps passé mais aussi des recettes piochées sur internet : si on n'est pas rebuté par l'anglais, c'est fou ce qu'on peut y trouver comme idées. Il n' y a plus qu'à assembler le puzzle...

Un autre test avec 3 objets riches en magnésium : un comprimé effervescent ( 5 % de carbonate de Mg d'après la notice) du talc (vendu en parapharmacie, pas récolté sur le terrain) et un taille-crayon (la densité de 1,8 ne laisse guère de doute sur le métal utilisé).