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experiences amusantes en mineralogie


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Apres avoir parlé des jeux et jouets en rapport avec la mineralogie et la geologie, proposons des experiences amusantes sur ces memes themes.

Je commence avec un petit tour de magie: la pierre d'illumination (ou la triboluminescence du quartz et de la fluorite)

Pour observer la triboluminescence, il suffit de se placer dans le noir complet et de frotter energiquement deux morceaux d'un mineral triboluminescent (tel que le quartz ou la fluorite) l'un contre l'autre.

Cela fonctionne avec des cristaux de quartz, des morceaux de quartz massif, des galets de quartzite, ou encore des silex. Je recommande cependant de tenter l'experience avec deux cristal de roche tres purs, la luminescence observée est alors beaucoup plus spectaculaire du fait de la transparence et des reflections internes. C'est alors assez saisissant de voir les cristaux s'illuminer.

Pour les bricoleurs, pourquoi pas un systeme de meule en crystal de roche avec une manivelle pour la mettre en rotation.

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Mon dieu mais quelle idée de frotter des Quartz entre eux ?

je me disais que peut etre ils pourraient faire des bébés, mais je crois que je n'ai que des males parceque pour le moment ca ne donne rien :rigoler:

Ça ne les abîme pas de les frotter en eux ?

bien entendu, frotter un quartz contre un quartz ca va les rayer tous les deux, donc utiliser des cristaux auquels on ne tient pas (par exemple du cristal de roche bresilien ou malgache tres bon marché). Biensur, ne pas utiliser des cristaux qui ont ete polis, car alors il est difficile d'obtenir une bonne friction.

Sinon toto59dlm essaye avec des Quartzites.

Les galets de quartzite (comme ceux qu'on trouve a la plage) fonctionnent tres bien, cependant c'est plus spectaculaire avec le cristal de roche car celui-ci est transparent. En effet avec les galets de quartzite qui sont opaques, la luminescence ne sera visible qu'entre les deux galets, alors qu'avec le cristal de roche elle est visible a travers les cristaux et le rendu visuel est augmenté par les reflexions internes. En frottant vite et de facon reguliere on observe pas mal de lumiere mine de rien.

Maintenant je me tate de fabriquer un petit montage de demonstration avec meule et manivelle afin d'obtenir une lumiere plus continue...

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Tour de magie n°2: la pierre de foudre (ou la piezoelectricite des quartz et tourmalines)

Je n'ai pas encore testé mais voila les grandes lignes:

Se procurer un cristal de roche ou un cristal de schorl de forme allongée.

Isoler les mors d'un etau ou d'un serre joint (avec une piece de tissu, de bois, de plastique ou d'adhesif). Puis a chaque mors placer une fine plaque d'un materiau conducteur (cuivre par exemple), ces plaques vont servir d'electrodes. Serrer le cristal entre les mors (par contre je ne suis pas certain, selon s'il s'agit de quartz ou de tourmaline, si le cristal doit etre serré dans le sens de l'allongement du cristal ou perpendiculairement).

L'idee est que frapper le cristal en son centre avec un petit marteau (mettre un peu d'adhesif sur la tete du marteau pour eviter d'ebrecher le cristal) pourrait peut etre permettre d'allumer brievement une petite ampoule ou LED qui serait connectée au electrodes de l'etau (se placer dans la penombre pour mieux observer le bref flash lumineux)...Une alternative plus spectaculaire a l'ampoule serait de la remplacer par deux petites electrodes tres rapprochées (les pointes de deux aiguilles) afin d'obtenir un petit arc electrique (ou tout du moins une etincelle). Et plutot que de frapper le cristal avec un marteau, on pourrait simplement augmenter progressivement la pression de l'etau, mais avec le risque d'exploser le cristal.

Bon ce n'est que de la theorie, si quelqun peut essayer pour confirmer.

A noter que le schorl est egalement pyroelectrique (chauffe progressive->electricite), mais je ne sais pas si cela pourrait etre facilement exploité dans la meme optique que l'experience precedente...a voir

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c'est une experience que je n'ai pas encore tenté, je ne suis deja pas sur qu'avec un montage aussi simpliste que celui que je decrivaits la tension generée puisse etre suffisante pour allumer une led ou generer un arc electrique. J'ai vu des montages similaires ou le gars utilisait un oscillateur, et effectivement celui-ci detectait quelquechose, mais de la a allumer une led?

J'ai aussi vu un mec obtenir un arc electrique, mais a partir d'un quartz taillé dans une forme bien precise et mis sous pression au sein d'un cylindre. Du coup je me demande si l'on ne pourrait pas obtenir des resultats (allumage d'une led ou arc electrique) a partir d'un montage plus simple? (sachant que je n'ai aucune connaissance en matiere de piezoelecticité, la question reste ouverte si quelqun maitrise mieux le sujet)

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bon, en attendant de me procurer quelques quartz et d'etablir un protocole realiste (si j'y parviens), je vous propose une autre experience plus spectaculaire.

Tour de magie n°3: reveler l'invisible (ou la chambre a brouillard)

Une chambre a brouillard (cloud chamber) permettra de visualiser les rayonnements alpha et beta emis par un mineral radioactif. Les particules elles-memes restent invisible, mais leur trajet devient visible, sous forme de trainées de condensation.

Il existe deux methodes simples pour construire une chambre a brouillard chez soi:

-la chambre a expansion: utilisation d'une pompe (pompe a velo inversee par exemple)

-la chambre a diffusion: refroidissement a des temperatures inferieures a -25°C, en utilisant de la glace carbonique (voir un spray refrigerant dentaire, ou un spray d'air sec), ou de facon plus pratique en utilisant des cellules Peltier (peu couteuses).

La chambre a diffusion est plus spectaculaire car de fonctionnement continu (alors que celle a expansion est de fonctionnement "pulsé" a cause du systeme de pompe)

Ce site explique tout en detail: http://www.cloudylabs.fr/wp/differentes-machines/

Apparemment, il est possible de s'eviter d'avoir a utiliser une source haut voltage pour creer un champs electrostatique: utiliser un simple ballon gonflable sur le dessus d'une chambre en verre, ou frotter un chiffon sur le dessus d'une chambre en plastique.

Dans tous les cas, cela permet de rendre les trainées de condensation beaucoup plus nettes.

Ici une pechblende dans une chambre a brouillard a diffusion (refroidie par des cellules peltier):

Et ici introduction de gaz radon dans une chambre a brouillard a diffusion

Meme si ca fait surement de moi un gros nerd, je dois dire que je trouve ca fascinant.

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Ouais c'est génial !

Il y avait une expérience à un moment donné avec un instrument de fabrication maison (du genre très simple à réaliser) qui reprenait le principe du scintillomètre. Je la trouve plus, je chercherai ce soir...

On pouvait voir les impacts des particules (à condition d'être bien dans le noir) sur une feuille d'alu ou quelque chose comme ça.

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oui c'est moi qui avais posté, ca s'appelle un spinthariscope. Un cylindre noir mat avec a un bout un ecran luminescent, et a l'autre une lentille de loupe 10x focalisee sur le dit ecran. L'ecran luminescent etant fabriqué a partir d'un bout de scotch transparent incolore soupoudré de la poudre luminescente recuperée dans un ecran cathodique (vielle telé ou ordi), c'est a dire la poudre (toxique) qui couvre l'ecran sur sa face interieure. La partie poudrée du morceau de scotch devant etre orientée vers l'exterieur du cylindre afin de faire face au mineral examiné, lequel doit etre placé a moins d'un centimetre de la surface sensible. L'observation ne peut se faire que dans le noir complet, et apres que la vue se soit completement adaptée a l'obscurité (ce qui demande de patienter 10-15minutes). On observe alors de minuscules flash lumineux sur l'ecran lorsque celui-ci est frappé par les particules alpha. Prevoir un couvercle pour proteger l'ecran sensible hors utilisation.

L'observation est plus laborieuse, moins immediate, et beaucoup moins spectaculaire qu'avec une chambre a brouillard!

Vue dans un spinthariscope:

Pour la piezoelectricité, j'ai essayé avec un cristal de roche biterminé et un schorl biterminé, connectés a une mini ampoule halogene (1.2V 0.3A) mais helas sans le moindre resultat. Alors soit je m'y prends mal (mauvaise orientation de la force de pression et/ou des electrodes par rapport a l'axe c du cristal?), soit mon ampoule demande trop de courrant et il faudrait plutot tenter avec une LED de faible puissance. Des avis eclairés?

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ok, un peu de pyrotechnie maintenant (en presence d'un adulte responsable!)...

Tour de magie n°4: le feu coloré (ou les spectres d'emission)

Reduire un petit peu de malachite en poudre tres fine, puis laisser tremper la poudre 24h dans quelques millilitres de vinaigre blanc (de preference du vinaigre de menage, plus concentré que le vinaigre de table). Puis filtrer la solution.

Puis differentes possibilités (en se placant dans l'obscurite pour une meilleure visibilite):

-bien imbiber une fine baguette de bois (baguette de brochette) avec la solution et l'introduire sur le coté de la flamme (la plus bleue possible) d'un chalumeau, ou d'un briquet-chalumeau.

-ou bien melanger la solution a un volume equivalent d'alcool de pharmacie incolore. La solution inflammable obtenue peut etre placee dans un bol en ceramique avec un petit bout de cotton pour obtenir un photophore coloré...ou dans un mini flacon pulverisateur en plastique pour faire un lance-flamme coloree.

https://c1.staticflickr.com/1/4/7898207_4098c11c18.jpg

http://wiki.scienceamusante.net/images/a/a9/Flamme_Cu.jpg

La malachite contient du cuivre qui colore la flamme en vert. Je pense que l'on doit pouvoir varier l'experience en utilisant de la strontianite, afin d'obtenir la flamme rouge du strontium.

Tour de magie n°5: la pierre de feu (ou la technologie prehistorique)

Allumer un feu avec un silex et une pyrite ou marcassite (mettre le feu a de l'amadou).

En effets, les fines particules de ces sulfures brulent dans l'air.

Tour de magie n°6: les pierres d'artifice (ou la poudre a cannon)

Dans la continuité des experiences pyrotechniques precedentes, voici la composition minerale de la poudre noire: 75% KNO3 (natrite) ou NaNO3 (nitronatrite) + 10% soufre +15% carbone (charbon ou graphite). Notons cependant que sa preparation est non seulement illegale mais aussi dangereuse, ca ne se fait pas n'importe comment! Le nitrate est broyé separemment des autres ingredients (surtout pas une fois melangés!), puis les ingredients en poudre sont melangés ensemble avec de l'eau pour former une pate (car c'est moins risqué que de les melanger a sec!), et enfin la pate est laissée a secher a temperature ambiante dans un lieu sec et ventilé (et a l'abri de toute source d'ignition potentielle!). De nombreux sites web expliquent la procedure en detail. La poudre noire brule violemment a l'air libre, mais si elle est confinée on obtient une explosion (c'est le principe des petards).

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pour ce qui est du spinthariscope, j'ai fabriqué le mien a partir d'un ecran luminescent ZnS(Ag) acheté sur ebay (ca coute trois fois rien). Je n'ai pas essayé de me fabriquer l'ecran moi-meme a partir de scotch et de poudre luminescente recuperée dans un ecran CRT, mais au dire des gens qui ont essayé, ca fonctionne bien.

On pourrait peut-etre aussi essayer avec la poudre des tubes neons ou celle des ampoules fluorescentes a economie d'energie, mais je ne sais pas si ca fonctionnerait bien car il ne s'agit pas du meme type de substance luminescente que dans les ecrans CRT.

Pour ce qui est de la chambre a brouillard, une methode tres simple est decrite dans cette video:

le probleme c'est que la glace seche est difficile a se procurer et a conserver, mais un spray refrigerant dentaire ou un spray d'air sec pourrait sans doute etre utilisé a la place (pour un effet de courte durée cependant). Et pour la source statique, la methode la plus simple serait d'utiliser un ballon gonflable ou un gobelet en polystyrene (que l'on frotte dans ses cheveux avant de le poser sur le dessus de la chambre pendant 2 minutes)

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Tour de magie n°7: la pierre d'attraction (ou le ferromagnetisme de la magnetite)

Plusieurs experiences sont possibles, la plus simple etant la fabrication d'une boussole (par suspension ou flottaison).

Cette experience de visualisation du champs magnetique me parait toutefois plus interessante: http://phymain.unisciel.fr/des-spectres-magnetiques-instantanes/

Tour de magie n°8: le cristal qui "pousse" (ou la synthese de cristaux)

synthese de cristaux a partir de sels solubles dans l'eau ou encore croissance (a chaud) de cristaux de bismuth a partir de morceaux de bismuth...Une autre experience amusante etant le "jardin chimique" (dans une solution de silicate de sodium)

Je ne m'etendrai pas car on a deja un sujet sur le forum qui y est consacré, et il y a plein de sites sur le web decrivant les differents protocoles possibles.

Tour de magie n°9: des pierres qui ont du gout

Une experience amusante car on ne s'attend generalement pas ce que les mineraux aient du gout (toutefois, se contenter d'un bref coup du bout de la langue et ne pas avaler, car certains mineraux sont plus ou moins toxiques).

Mineraux ayant du gout:

chalcanthite (attention mineral moderemment toxique), borax, melanterite, epsomite, glauberite, carnallite, halite, hanksite, sylvite, ulexite, salmiac, ainsi que certaines pyrites. Pour comparaison, la calcite et le quartz n'ont aucun gout.

Apres, je pense que toutes les proprietes des mineraux en rapport avec la lumiere sont ludiques a decouvrir: birefringence (doublage d'une ecriture ou d'un faisceau laser par la calcite), pleochroisme (particulierement le trichroisme de la cordierite), fluorescence UVL et UVC, phosphorescence UV, triboluminescence (quartz, fluorite, sphalerite, calcite, lepidolite...), thermoluminescence (par exemple apatite, fluorite, calcite, lepidolite...), effet color-change (alexandrite synthetique par exemple)...toutefois, il s'agit la d'avantage d'observations visuelles immediates que d'experiences a realiser de ses mains.

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Tour de magie n°10: alchimie (ou l'extraction du cuivre a partir d'un minerai de cuivre)

Attention manipulation d'acide: port de gants et de lunettes de protection!

La malachite est reduite en poudre et dissoute dans l'acide sulfurique dilué (en vente chez brico/casto) pour donner une solution de sulfate de cuivre. Puis l'ajout d'une tige de fer (clou) dans la solution permet de recuperer le cuivre qui se depose sur le fer.

Voici une video:

A noter qu'une autre facon de recuperer le cuivre est d'electrolyser la solution de sulfate de cuivre (recuperer les electrodes en carbone d'une pile, et les connecter a une pile 4.5V ou idealement a une batterie):

Mais on peut egalement extraire le cuivre de la malachite a chaud (avec un chalumeau et du charbon de bois) pour obtenir un petit lingot de cuivre...c'est plus spectaculaire:

Meme principe, mais dans un tube a essai:

Sinon, d'autres idees d'experiences amusantes pour les ptits jeunes et les moins jeunes?

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Mineraux ayant du gout:

chalcanthite (attention mineral moderemment toxique), borax, melanterite, epsomite, glauberite, carnallite, halite, hanksite, sylvite, ulexite, salmiac, ainsi que certaines pyrites. Pour comparaison, la calcite et le quartz n'ont aucun gout.

La sylvite c'est franchement dégueulasse, c'est salé mais aussi amer, horrible.

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hehe je n'ai jamais dit qu'ils auraient tous bon gout :-)

Tour de magie n°11: la pierre qui en cachait deux autres (ou le traitement thermique de l'amethyste)

L'amethyste (violette) chauffée devient citrine (jaune a orange vers 350-450°C, orange foncé vers 500-575°C), ou dans certains cas prasiolite (verte) vers 350-500°C. L'amethyste reagissant differemment au traitement selon son origine.

Generalement, des la temperature de 150°C depassée, on verifie ou en est la couleur de la pierre par intervalle de 25°C, et ce jusqu'a obtenir la couleur desirée.

La montée en temperature tout comme le refroidissement doivent etre progressifs afin d'eviter que le cristal n'eclate (ce qui peut etre geré en enfouissant la pierre dans du sable de quartz fin, placer le tout dans le four des l'allumage, et ne l'en sortir qu'apres refroidissement complet). Un autre facteur qui augmente le risque d'eclatement du cristal etant la presence d'inclusions (comme des givres ou des fissures pre-existantes). Mieux vaut donc tenter l'experience avec des morceaux d'amethyste bresilienne bon marché.

A l'inverse, lorsqu'on le chauffe, le quartz fumé se decolore entre 140 et 500°C.

Tour de magie n°12: la pierre de levitation (ou la pyroelectricité de la tourmaline)

Tres simple a mettre en evidence. Chauffer la terminaison d'un cristal de schorl quelques secondes dans la flamme (ou sur une plaque chauffante), puis l'approcher de petits confettis de papier: ceux-ci s'envollent pour venir se coller au cristal. L'effet perdure pendant plusieurs minutes.

Sinon, un bon site consacré a la synthese de cristaux: http://www.waynesthisandthat.com/crystals.htm

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