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Bourse minéraux Sainte Marie aux Mines 2024, avec fossiles et gemmes.
Bourse minéraux et fossiles de Sainte Marie aux Mines (Alsace) - 26>30 juin 2024

Spectrographie et identification des minéraux


mr42

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Le magnésium métal donne le spectre le plus pur. Le groupe de raies vertes à 516-518 nm est la signature du magnésium. Il y a en fait 3 raies mais elles sont très proches et on n'en perçoit que deux.

Avec le carbonate et le talc, on retrouve bien le triplet du magnésium mais il reste de nombreuses raies à identifier. Ces produits sont loin d'être de purs cmposés de magnésium.

J'ai eu quelques difficultés avec le talc qui réagit de façon assez capricieuse. Il a fallu rajouter une bonne dose d'HCl d'où l'intensité des raies de l'hydrogène.

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C'est difficile à dire.

Voici une photo d'un morceau d'inox après essai. Le cratère mesure environ 1 mm.

On a largement atteint le point de fusion.

En revanche, mes électrodes en graphite ressortent intactes.

A vue de nez, je dirai entre 1500 et 3000°C.

De toute façon, il faut bien volatiliser quelques atomes pour que ça marche.

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3000°C est de mémoire la température du plasma des ICP, tu vas sans doute plus haut encore, sinon je ne vois pas comment tu pourrais voir les raies de l'hydrogène.

Pourrais tu te procurer du molybdène ou du tungstène ? Les températures de fusions sont très élevées devraient nous donner des bornes des température atteintes.
Autre question, vois tu les impuretés avec ton système ? Est ce que ça marche avec tous les cailloux ou ils doivent absolument être dissous ? Même avec une poudre finement divisée ?

Est ce que ton système contrôle la différence de potentiel lors de la décharge ? Si non, tu peux l'augmenter (et donc chauffer plus et donc avoir une meilleure résolution) en écartant légèrement les broches de ta pince.

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Nos deux messages se sont croisés.

Sauf cas particulier, je ne cherche pas à dissoudre les minéraux. Je commence par les broyer aussi finement que possible et ensuite je mélange la poudre avec une solution acide.

Les minéraux solubles donnent généralement de bons résultats. Il y a probablement une légère dissolution même avec des minéraux réputés peu solubles comme la fluorine qui marche également très bien. Le cas du talc (message 51) me fait penser que la difficulté d'obtenir le spectre est peut-être liée à un manque de solubilité...

Pour les impuretés, ça dépend de ce que tu appelles impureté ;

Avec des alliages d'aluminium qui contiennent moins de 1 % de magnésium, Mg est bien visible. Avec des minéraux, je n'ai pas d'exemple flagrant.

Mo, W, non, je n'ai pas ça en stock. J'ai bien essayé avec un filament de lampe mais il est si fin qu'il s'enflamme instantanément.

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Une autre piste que je poursuis depuis longtemps : dépasser le spectre visible et pouvoir observer les proches ultraviolets et infrarouges.

Il y a des solutions.

Les capteurs au silicium qui équipent la plupart des appareils photos numériques ont une sensibilité qui dépasse largement le visible. C'est pourquoi ils sont équipés un filtre situé à l'intérieur du boîtier.

Il « suffit » de démonter ce filtre pour récupérer la sensibilité du capteur. Enfin pas tout à fait car il reste les lentilles qui font l'objet de divers traitements de surface.

La manip est déconseillée sur un appareil auquel vous tenez mais quelqu'un a eu la bonne idée de me donner un boîtier reflex d'occasion qui a pas mal bourlingué.

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L'opération s'est bien passée, l'appareil a survécu...

Alors, voici deux premiers tests avec une lampe halogène et avec une lampe à UV longs.

Avec la lampe halogène, on approche des 1000 nm mais elle est à genoux avant d'arriver aux UV.

La lampe à UV longs présente une bande continue entre 365 et 395 nm. Il n'apparaît pas de maximum à 365 nm comme annoncé dans la notice. Elle présente une belle série dans les 700 à 850 nm. Il doit y avoir quelques raies d'ordre 2.

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Eh bien ça alors ! tu vas même chatouiller l'IR et l'UV... chapeau bas, c'est vraiment très beau, ambitieux, courageux et couronné de succès. Il ne reste plus qu'à tenter les analyses déjà faites en regardant plus loin. C'est vraiment trop génial, tu disposes d'un outil d'analyse qualitative parmi les plus puissants ! Avec méthode, tu peux investiguer une composition chimique c'est génial !! Après le verre t'empêchera de dépasser certainement limite : il absorbe l'IR et le l'UV à partir de certaine longueur d'onde et pour l'éviter il faut de l'optique en quartz... Va jusqu'au bout, c'est vraiment chouette.

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Merci à tous pour vos encouragements.

Faut quand même pas s'emballer, des outils bien plus performants existent. La seule différence c'est que je n'utilise aucun composant coûteux. Ce n'est pas une affaire de courage, le sujet est de toute façon passionnant. C'est avant tout de la curiosité.

Si vous allez sur les sites d'astronomie, vous verrez que des amateurs ont déjà fait ce genre de montage pour l'observation des étoiles. Je me suis dit que si ça marchait pour des objets situés à des années-lumières ça devrait aussi être possible pour des cailloux à portée de la main.

Après, on est loin d'une analyse quantitative. Mais je pense quand même que si on arrive à obtenir une signature spectrale pour chaque espèce minérale, on devrait faire un pas en avant dans l'identification. La méthode devrait être beaucoup plus efficace que les bons vieux tests de couleur de flamme.

Lionel j 'ai quelques essais qui devraient aider à répondre à tes questions sur les températures, la solubilité... Un peu de patience.

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Il faudra que je vous présente plus en détail la partie spectrographie, je vais essayer de vous en faire une petite présentation.

Pour la partie électrique, il ne faut pas faire n'importe quoi. Il y a des normes qui limitent ce qu'on peut faire sans risque et je les applique. Pas besoin d'une tension monstrueuse ni d'une grosse quantité d'énergie pour déclencher un arc, il faut surtout la concentrer sur une faible quantité de matière. L'arc est formé par la décharge d'un condensateur, ce qui limite la tension et la durée. Il dure entre un trentième et un vingtième de seconde, il est déclenché en rapprochant les électrodes. Je n'en dirai pas plus.

Cela étant, il n'y a rien de confidentiel, rien de brevetable et si certains d'entre vous passent dans le 91, faites moi signe, je serai heureux de leur montrer l'installation.

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On peut t'envoyer des échantillons surprises à spectro-analyser ?

Pourquoi pas mais ce n'est pas encore très au point, il y a des minéraux qui ne réagissent pas sans que je sache pourquoi. Il faut également mettre les minéraux en poudre. Avec les outils dont je dispose, dureté 5 maximum : pas question de traiter des saphirs (tu peux quand même en envoyer)

Il y a aussi des éléments que je n'ai jamais testés comme Au, Pt, Ag... si vous en avez en trop...

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Une famille de composés intéressante à plus d'un titre : les pigments.

Ils entrent dans la fabrications des peintures selon diverses techniques mais la plus pratique ici est l'aquarelle qui permet un mélange intime entre la substance à tester et la solution aqueuse nécessaire à la conduction électrique.

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Un premier test avec l'oxyde de chrome (Cr2O3) un pigment vert très courant.

Le spectre est obtenu sans difficulté.

La correspondance avec la base de donnée spectrale du NIST est excellente, on retrouve les raies une par une plus quelques autres. Il doit traîner des additifs ou des impuretés.

Je ne sais pas quel est le comportement de la gomme arabique qui sert de liant. Il s'agit d'un composé organique soluble dans l'eau qui ne devrait pas trop encombrer le spectre.

On remarque une série de raies particulièrement brillantes dans le vert. Est-ce la raison de la couleur verte du pigment ? Peut-être mais probablement pas la seule car on doit ici avoir affaire au spectre d'atomes isolés alors que la couleur du pigment dépend également de la configuration cristalline, de la position des atomes dans le réseau, de la granulométrie...

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Quelques remarques sur ces deux derniers essais.

Les spectres obtenus sont ceux d'atomes non liés.

Au départ, il s'agit de minuscules grains solides (de l'ordre du micron) dispersés dans une solution aqueuse.

TiO2 et Cr2O3 sont des composés très stables et quasiment insolubles dans l'eau, même en présence d'acide acétique.

L'arc électrique doit donc vaporiser l'eau et projeter les grains de pigment dans un plasma où ils sont au moins en partie fondus et vaporisés.

Il faut cependant noter que les températures de fusion sont assez élevées : 1855 °C pour TiO2 et 2435°C pour Cr2O3 (Wikipedia) et pour l'ébullition, il faut compter 3 à 4000°C. La température du plasma doit être supérieure à celle de l'électrode.

Je crois que Lionel a raison, ça doit chauffer un max...

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