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Composition et propriétés des pierres précieuses, caractéristiques cristallographiques et instruments de test
Base géologique des pierres précieuses, composition chimique, propriétés physiques et 9 instruments de test
Introduction :
Percez les secrets des pierres précieuses grâce à notre guide couvrant les principes fondamentaux de la gemmologie et de la transformation. Explorez les bases des types de gemmes, leurs origines géologiques et leur composition chimique. Découvrez les propriétés physiques qui définissent chaque gemme et apprenez à les identifier à l'aide de divers instruments de test.
Les pierres précieuses sont le plus souvent transformées en formes à facettes
Table des matières
Section I Concepts de base des pierres précieuses
Les pierres précieuses sont des matériaux qui possèdent des qualités de beauté, de durabilité et de rareté et qui peuvent être transformés en bijoux ou en objets d'artisanat, y compris les pierres précieuses naturelles et les pierres précieuses synthétiques, collectivement appelées "pierres précieuses" (au sens large). La classification des pierres précieuses est présentée dans le tableau 1-1.
Tableau 1-1 Classification des pierres précieuses
| Pierres précieuses | Pierres précieuses naturelles | Pierre naturelle |
| Jade naturel | ||
| Pierre naturelle organique | ||
| Pierre artificielle pour bijoux | Pierre synthétique | |
| Pierre précieuse artificielle | ||
| Pierre précieuse composite | ||
| Pierre précieuse reconstituée |
Les pierres précieuses naturelles sont des pierres produites par la nature, caractérisées par leur beauté, leur durabilité et leur rareté, y compris les pierres précieuses naturelles, le jade naturel et les pierres précieuses organiques naturelles. Parmi elles, les gemmes naturelles (appelées gemmes au sens strict) sont des cristaux simples ou doubles de minéraux, tels que les diamants, les saphirs (figure 1-1) et les émeraudes. Le jade naturel (jade) est constitué d'agrégats minéraux ou de substances amorphes, comme la jadéite, le jade Hetian et l'agate (figure 1-2). Les gemmes organiques naturelles (gemmes organiques) sont des matériaux de joaillerie générés par des organismes vivants, partiellement ou entièrement composés de matière organique, tels que les perles, les coraux et l'ambre (figure 1-3).
Figure 1-1 Cristaux de saphir naturel et roche environnante
Figure 1-2 Agate brute
Figure 1-3 Ambre brut
Les pierres précieuses artificielles désignent des matériaux (à l'exclusion des métaux) partiellement ou totalement produits ou fabriqués comme des bijoux ou des objets artisanaux, y compris les pierres précieuses synthétiques, les pierres précieuses artificielles, les pierres assemblées et les pierres précieuses reconstituées. Les pierres précieuses synthétiques sont des matériaux produits artificiellement qui ont des équivalents connus dans la nature, avec des propriétés physiques et des compositions chimiques qui correspondent à leurs équivalents naturels, comme les rubis synthétiques, les émeraudes synthétiques (figure 1-4) et les zircons cubiques synthétiques (figure 1-5). Les pierres précieuses artificielles sont des matériaux produits artificiellement sans contreparties correspondantes, comme la ferrite de strontium synthétique et le verre. Les pierres précieuses assemblées sont des matériaux créés en assemblant artificiellement deux ou plusieurs morceaux de pierre précieuse pour donner une impression d'ensemble, comme les opales (figure 1-6) et les émeraudes assemblées. Les pierres précieuses reconstituées sont des matériaux créés par la fusion artificielle et le frittage de fragments ou de débris de pierres précieuses pour former un matériau d'apparence générale, comme l'ambre reconstitué et la turquoise reconstituée.
Figure 1-5 Formation des cristaux de zircone cubique
Figure 1-6 Opale assemblée
Section II La base géologique des pierres précieuses
1. Les trois principaux types de roches et la production de pierres précieuses
Les minéraux sont des éléments ou des composés naturels formés par des processus géologiques, avec des compositions chimiques et des structures internes spécifiques, et sont relativement stables dans certaines conditions. Les roches sont des agrégats de minéraux ou de matériaux amorphes formés par des processus géologiques, possédant certaines structures et textures. Les roches peuvent être classées en trois grandes catégories en fonction de leur origine : ignée, sédimentaire et métamorphique. Les origines géologiques des pierres précieuses les plus courantes sont indiquées dans le tableau 1-2.
Tableau 1-2 Origines géologiques des pierres précieuses courantes
| Type de roche | Nom de la pierre précieuse produite |
|---|---|
| Roche ignée | Diamants, rubis, saphirs, topazes, spinelles, émeraudes, aigue-marines, grenats, péridots, cristaux, obsidiennes, etc. |
| Roche métamorphique | Jade, grenat, rubis, saphir, bois pétrifié, etc. |
| Roches sédimentaires | Opale, calcédoine, turquoise, malachite, agate, etc. |
Plus de 4 000 types de minéraux ont été découverts sur Terre, mais seuls plus de 200 types peuvent être utilisés comme pierres précieuses, comme le montre la figure 1-7. Parmi eux, les minéraux présentant des caractéristiques magnifiques, durables et rares peuvent être utilisés comme pierres précieuses, tandis que certaines roches à la texture fine et à l'aspect magnifique peuvent être utilisées comme jade (figures 1-8 à 1-10). En général, les pierres précieuses sont principalement conçues sous forme de facettes pour refléter leur éclat et leur feu, tandis que le jade est principalement conçu sous forme de courbes pour refléter sa couleur et son aspect chaleureux, comme le montrent les figures 1-11 et 1-12.
Figure 1-7 Relation proportionnelle entre les pierres précieuses et les minéraux naturels
Figure 1-8 Cristaux d'aigue-marine
Figure 1-9 Roche ordinaire (orthoclase)
Figure 1-10 Serpentine brute
Figure 1-11 Pierres précieuses principalement transformées en formes à facettes
Figure 1-12 Le jade est souvent transformé en formes courbes
2. Zones de production de pierres précieuses
Les cinq pierres précieuses les plus précieuses au monde sont les diamants, les rubis, les saphirs, les émeraudes et les chrysobéryls. Dans le commerce, les pierres précieuses autres que les diamants sont collectivement appelées pierres précieuses de couleur ou pierres fantaisie.
La Russie, l'Australie, l'Afrique du Sud, le Congo et le Botswana sont les cinq principales régions productrices de diamants. Les cinq principales régions productrices de pierres précieuses de couleur sont le Myanmar, la Thaïlande, le Sri Lanka, Madagascar et le Brésil. Le Myanmar et le Mozambique sont les principales sources commerciales de rubis, tandis que la Thaïlande, le Sri Lanka, le Viêt Nam, l'Afghanistan, la Russie, le Pakistan, la Tanzanie, l'Australie, le Cambodge et Madagascar en produisent également. Les principales sources de saphirs sont le Sri Lanka, la Thaïlande, l'Australie, la Chine, l'Inde, le Cambodge, le Viêt Nam et les États-Unis. La Colombie et la Zambie sont les principales sources d'émeraudes. Le Brésil, le Zimbabwe, la Russie, l'Inde et le Canada en produisent également. Les principales sources d'œil de chat et d'alexandrite sont le Brésil et le Sri Lanka, mais l'Inde, Madagascar, le Zimbabwe, la Zambie et le Myanmar y contribuent également.
Le jade de qualité supérieure comprend la jadéite et le jade Hetian. Actuellement, la seule source commercialement viable de jadéite est le Myanmar, qui représente plus de 95% du marché ; ces dernières années, la jadéite du Guatemala a également fait son apparition sur le marché. Il existe de nombreuses sources de jade Hetian, les principales étant le Xinjiang, le Qinghai, le Liaoning et Taïwan. Il existe également des sources à l'étranger, en Russie, en Corée du Sud, en Australie, au Canada et en Nouvelle-Zélande.
3. Principaux marchés des pierres précieuses
Au niveau international, le marché primaire des pierres précieuses brutes comprend Madagascar, le Sri Lanka, etc., tandis que les marchés secondaires comprennent la Thaïlande, l'Inde, le Kenya et Hong Kong (Chine). Parmi eux, la Thaïlande compte principalement deux marchés de pierres précieuses, à Bangkok et à Chanthaburi, Bangkok se concentrant sur les pierres brutes et les produits finis, tandis que Chanthaburi compte de nombreuses usines de traitement des pierres précieuses, qui s'occupent principalement des pierres brutes, des produits finis et des matières premières. Le marché thaïlandais des pierres précieuses offre une grande variété ; Jaipur, en Inde, est un centre de traitement et de distribution d'émeraudes, qui traite principalement des émeraudes brutes et finies ; le Kenya est un centre de distribution émergent de pierres précieuses brutes, qui se concentre principalement sur les pierres précieuses de milieu de gamme telles que la tourmaline, l'aigue-marine, le grenat, etc.
Actuellement, il n'existe pas de marché spécialisé pour les matériaux de taille des pierres précieuses en Chine continentale. Le comté de Haifeng, dans la province de Guangdong, dispose d'un marché de matières premières et d'usines de traitement des pierres précieuses qui traitent principalement des pierres précieuses bas de gamme telles que la tourmaline, le grenat et le cristal.
Section III La cristallographie des minéraux précieux
1. Cristaux et solides amorphes
Les cristaux désignent des solides ayant une structure en treillis, où les particules internes sont disposées selon un schéma régulier et se répètent périodiquement dans l'espace tridimensionnel, formant extérieurement une certaine forme géométrique, comme le grenat, l'émeraude et le cristal. Les cristaux ont six propriétés fondamentales.
- Autolimitation : Les cristaux peuvent croître spontanément en polyèdres géométriques dans certaines conditions, comme le montrent les figures 1-13 et 1-14.
- Uniformité : Les propriétés physiques et chimiques de toutes les parties du cristal sont identiques.
- Symétrie : Les cristaux présentent une symétrie et une régularité dans l'arrangement de leurs particules internes et de leurs caractéristiques externes.
- Anisotropie : Certaines propriétés physiques peuvent varier en fonction des différentes directions du cristal, comme la dureté.
- Énergie interne minimale : Dans certaines conditions, par rapport aux substances amorphes, aux liquides et aux gaz de même composition, les cristaux ont une énergie interne minimale.
- Stabilité : En raison de leur énergie interne minimale, les cristaux présentent la plus grande stabilité par rapport aux substances amorphes, aux liquides et aux gaz de même composition.
La figure 1-13 montre la structure du réseau des cristaux de fluorine.
Figure 1-14 Formes géométriques des cristaux de fluorine
Les solides amorphes (figures 1-15, 1-16) sont des solides qui n'ont pas de structure en treillis, dont les particules internes sont disposées de manière irrégulière, ce qui leur donne l'apparence macroscopique de formes géométriques irrégulières et sans facettes.
La figure 1-15 montre que la structure des solides amorphes n'est pas une structure en treillis.
Figure 1-16 Opale sans forme géométrique
2. Classification des cristaux
Sur la base des caractéristiques de la symétrie cristalline, les cristaux peuvent être divisés en trois grandes familles de cristaux et sept grands systèmes cristallins, comme le montre le tableau 1-3.
Tableau 1-3 Classification des cristaux
| Famille de cristal | Système cristallin | Pierre précieuse |
|---|---|---|
| Famille de cristaux avancés | Système cristallin isométrique | Diamant, grenat, spinelle, fluorine, sodalite, etc. |
| Famille de cristaux intermédiaires | Cristal hexagonal | Apatite, béryl, bénitoite, etc. |
| Système trigonal | Saphir, rubis, tourmaline, quartz, rhodochrosite, etc. | |
| Cristal tétragonal | Zircon, rutile, cassitérite, scapolite et idocrase, etc. | |
| Famille de cristaux de bas niveau | Orthorhombique | Olivine, topaze, zoisite, iolite, chrysobéryl, andalousite, kornerupine, danburite, etc. |
| Système monoclinique | Jade (jadéite dure), diopside, néphrite (trémolite), malachite, orthoclase, spodumène, etc. | |
| Système triclinique | Plagioclase, turquoise, rhodonite, axinite, etc. |
3. Orientation et habitudes de cristallisation des cristaux
(1) Orientation des cristaux et constantes cristallines
L'orientation d'un cristal consiste à déterminer un système de coordonnées à l'intérieur d'un cristal, en sélectionnant des axes de coordonnées (également appelés axes du cristal) et en déterminant le rapport des longueurs d'unité (longueurs d'axe) le long de chaque axe du cristal (rapport d'axe). Les axes du cristal font référence à trois lignes droites qui se croisent au centre du cristal, appelées axe X, axe Y et axe Z (ou représentées par l'axe a, l'axe b et l'axe c). Les systèmes cristallins trigonal et hexagonal nécessitent un axe u supplémentaire, l'extrémité avant étant négative et l'extrémité arrière positive.
L'angle d'axe fait référence à l'angle entre les extrémités positives des axes du cristal, représenté par α(YˆZ), β(ZˆX), γ(XˆY) ; le rapport d'axe est déterminé sur la base des méthodes de cristallographie géométrique : a : b : c. Le rapport d'axe a : b : c et l'angle d'axe α : β : γ sont collectivement appelés constantes cristallines.
(2) Habitudes de cristallisation des cristaux
Les habitudes de cristallisation font référence aux formes cristallines que les minéraux gemmes présentent généralement et aux proportions dans lesquelles les cristaux s'étendent dans l'espace tridimensionnel. L'orientation cristalline des sept principaux systèmes cristallins et les habitudes de cristallisation des minéraux gemmes courants sont indiquées dans le tableau 1-4. Dans des conditions idéales, les minéraux gemmes peuvent se transformer en cristaux idéaux grâce à la disposition régulière des particules internes. Cependant, dans la plupart des cas, les activités géologiques entraînent des environnements de croissance instables pour les minéraux gemmes, ce qui se traduit par une croissance commune sous forme de cristaux déformés. Les agrégats minéraux (tels que le jade) ne présentent généralement pas de formes géométriques régulières, mais apparaissent souvent sous la forme de blocs irréguliers, comme la jadéite et l'agate.
Lors de la conception du style de taille des pierres précieuses, il convient de tenir compte des habitudes de cristallisation des cristaux de la pierre précieuse afin de préserver au mieux la qualité. Par exemple, les rubis ont souvent la forme d'un tonneau ou d'un cylindre court, et sont généralement taillés en ovale ou en goutte d'eau ; les émeraudes et les tourmalines ont souvent la forme d'un cylindre long, et sont généralement taillées en escalier rectangulaire ; les grenats sont des cristaux granuleux, et sont donc souvent taillés en forme de rond, de cœur ou d'ovale.
Tableau 1-4 Orientation cristallographique des sept principaux systèmes cristallins et des minéraux précieux courants
| Le groupe Crystal | Système cristallin | Schéma de l'orientation des cristaux | Constantes du cristal | Exemples de pierres précieuses courantes | ||
| Habitudes de cristallisation | Diagramme minéral de la pierre précieuse | |||||
| Le groupe cristallin supérieur | Système cristallin équiaxe |
|
a=b=c ; α=β=γ=90° | Spinelle | Souvent des agrégats octaédriques, octaédriques et dodécaédriques rhombiques, des agrégats octaédriques et cubiques, ou des biocristaux de contact octaédriques. |
|
| Grenat | Souvent, le dodécaèdre rhombique, le trisoctaèdre tétragonal et l'agrégation des deux, la surface du cristal peut être vue comme des lignes de croissance. |
|
||||
| Le groupe Crystal | Système cristallin | Schéma de l'orientation des cristaux | Constantes du cristal | Exemples de pierres précieuses courantes | ||
| Habitudes de cristallisation | Diagramme minéral de la pierre précieuse | |||||
| Groupe de cristaux intermédiaire | Système cristallin hexagonal |
|
a=b≠c ; α=β=90°, γ=120° | Béryl | Souvent en forme de colonnes hexagonales avec des lignes longitudinales ou des fosses rectangulaires développées sur les faces des colonnes. |
|
| Système cristallin tripartite |
|
a=b≠c ; α=β=90°, γ=120° | Corindon | Souvent en forme de colonne, de tonneau ou de plaque, de section hexagonale, avec des lignes transversales développées sur les faces des colonnes. |
|
|
| Tourmaline | Souvent colonnaires, arrondis-triangulaires en coupe transversale, avec des lignes longitudinales développées |
|
||||
| Cristal | Souvent prismatiques, hexagonaux, ou en grappes, rhombiques ou triangulaires bipyramidales, avec des lignes transversales bien visibles sur les faces des colonnes. |
|
||||
| Système cristallin tétragonal |
|
a=b≠c ; α=β=γ=90° | Zircon | Souvent des agrégats courts en forme de colonne, de cône, ou en forme de colonne et de cône |
|
|
| Le groupe Crystal | Système cristallin | Schéma de l'orientation des cristaux | Constantes du cristal | Exemples de pierres précieuses courantes | ||
| Habitudes de cristallisation | Diagramme minéral de la pierre précieuse | |||||
| Famille de cristaux de qualité inférieure | Système cristallin rhomboédrique |
|
a≠b≠c； α=β=γ=90° | Chrysobéryl | Souvent platy, colonne courte ou bicristaux verticillés (cristaux triplets pseudo-hexagonaux), avec des bandes se développant sur la surface inférieure. |
|
| Péridot | Souvent courte colonne, développant des lignes longitudinales |
|
||||
| Topaze | Souvent rhomboédrique : développement de lignes longitudinales |
|
||||
| Zoisite (Tanzanite) | Souvent colonnaire ou platy-colonnaire |
|
||||
| Système cristallin monoclinique |
|
a≠b≠c； a =γ=90°, β≠90° | Liopholite, Turbidite, Jadéite | Souvent rhomboédrique |
|
|
| Système cristallin triclinique |
|
a≠b≠c； α≠β≠γ≠90° | Turquoise, axinite, pierre de soleil, disthène | Parallèle biface |
|
|
Section IV La composition chimique des pierres précieuses
1. Classification chimique des pierres précieuses
Les minéraux précieux peuvent être divisés en deux catégories en fonction de leur composition chimique : les composés et les éléments. Les composés peuvent être subdivisés en oxydes et en sels contenant de l'oxygène (tels que les silicates, les phosphates et les carbonates). La composition chimique et la classification des pierres précieuses courantes sont indiquées dans le tableau 1-5.
Tableau 1-5 Composition chimique et classification des pierres précieuses courantes
| Catégorie | Pierre précieuse | Composition chimique | ||
|---|---|---|---|---|
| Catégorie élémentaire | Diamant | C, peut contenir des oligo-éléments tels que N, B, H, etc. | ||
| Catégorie de composés | Catégorie d'oxyde | Corindon (rubis, saphir) | Al2O3 Ils peuvent contenir des oligo-éléments tels que Fe, Ti, CT, V, etc. | |
| Chrysobéryl (œil de chat, alexandrite, chrysobéryl ordinaire, etc.) | BeAl2O4 Ils peuvent contenir des oligo-éléments tels que Fe, Cr, Ti, etc. | |||
| Spinelle | MgAl2O4 Ils peuvent contenir des oligo-éléments tels que Cr, Fe, Zn, etc. | |||
| Quartz (Cristal) | SiO2 Il peut contenir des oligo-éléments tels que Ti, Fe, Al, etc. (certains ouvrages le classent dans la catégorie des silicates). | |||
| Types de sels d'oxygène | Silicate | Béryl (émeraude, aigue-marine, morganite, etc.) | Être3Al2Si6O18 Ils peuvent contenir des oligo-éléments tels que Cr, V, Fe, Ti, etc. | |
| Tourmaline (Béryl) | (Na, K, Ca)(Al, Fe, Li, Mg, Mn)3(Al, Cr, Fe, V)6(BO3)3(Si6O18)(OH, F)4 | |||
| Zircon | ZrSiO4 peut contenir des oligo-éléments tels que U, Th, etc. | |||
| Grenat | A3B2(SiO4)3, A为Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+ 、 Mn2+ et ainsi de suite； B为Al3+, 、 Fe3+、 Ti3+ 、 Cr3+, etc. | |||
| Péridot | (Mg,Fe)2[SiO4] | |||
| Topaze | Al2SiO4(F,OH)2peut contenir des oligo-éléments tels que Cr, Li, Be, etc. | |||
| Zoisite(Tanzanite) | Ca2Al3(SiO4)3(OH) , qui peut contenir des oligo-éléments tels que V, Cr, Mn, etc. | |||
| Jade | NaAlSi2O6 qui peuvent contenir des oligo-éléments tels que Cr, Fe, Ca, etc. | |||
| Phosphate | Turquoise | CuAl6(PO4)4(OH)8 - 5H2O | ||
| Carbonate | Malachite | Cu2LE CO3(OH)2 | ||
La composition chimique des minéraux des pierres précieuses peut être divisée en composants chimiques majeurs et en composants chimiques à l'état de traces. Les principaux composants chimiques maintiennent la structure d'un minéral gemme. Parallèlement, les oligo-éléments peuvent varier dans une petite fourchette sans modifier la structure principale, ce qui entraîne des propriétés physiques telles que des variations de l'indice de réfraction et de la densité relative. Les changements dans les oligo-éléments peuvent également donner aux pierres précieuses des couleurs et des bandes de couleurs différentes. Par exemple, le principal composant du corindon est l'Al2O3; lorsque le corindon ne contient pas de traces d'éléments, il apparaît incolore ; lorsque le corindon contient des traces de Cr3+il apparaît rouge (lorsqu'il atteint la qualité de pierre précieuse, il peut être appelé rubis) ; lorsque le corindon contient des traces de Fe2+ et Ti4+il apparaît bleu (lorsqu'il atteint la qualité de pierre précieuse, il peut être appelé saphir) ; lorsque le corindon contient des traces de Fe3+Le béryl a une couleur jaune (lorsqu'il atteint la qualité d'une pierre précieuse, il peut être appelé saphir jaune). Le principal composant d'un béryl est le Be3Al2Si6O18Lorsqu'un béryl ne contient pas de traces d'éléments, il apparaît incolore ; lorsqu'un béryl contient des traces de Cr3+il apparaît vert (lorsqu'il atteint la qualité de pierre précieuse, il peut être appelé émeraude) ; lorsqu'un béryl contient des traces de Fe2+Lorsqu'elle est de couleur bleue, elle apparaît bleue (lorsqu'elle atteint la qualité d'une pierre précieuse, elle peut être appelée aigue-marine). Les pierres précieuses dont les couleurs sont dues à des oligo-éléments sont appelées "pierres précieuses de couleur allochromatique", qui ont généralement des couleurs variées. Par exemple, le composant principal du péridot est (Mg, Fe)2[SiO4], où le Fe2+ fait apparaître le péridot en jaune-vert. Les pierres précieuses dont les couleurs sont dues à des éléments majeurs sont appelées "pierres précieuses de couleur idiochromatique", qui ne présentent généralement qu'une seule variété de couleur.
La composition chimique et la structure des minéraux des pierres précieuses peuvent affecter leur durabilité. En règle générale, les minéraux silicatés et oxydés ont une plus grande durabilité, comme le grenat et le chrysobéryl ; les minéraux carbonatés réagissent facilement avec les acides et ont donc une moins grande durabilité, comme la malachite, et il faut donc veiller à éviter tout contact avec les acides pendant le traitement et le stockage. Les minéraux gemmes hydratés doivent être protégés des températures excessives pendant le traitement afin d'éviter la perte d'eau, comme la turquoise (CuAl6(PO4)4(OH)8-5H2O), qui contient de l'eau de cristallisation (H2O) et l'eau structurelle (OH–). Lorsque la température atteint 100~200℃, l'eau de cristallisation s'échappe, et lorsque la température atteint 600~1000℃, l'eau de structure s'échappe, les deux pouvant endommager de façon irréversible la structure de la turquoise. Des cas similaires incluent la tourmaline(OH–) et la tanzanite (OH–).
2. Inclusions et classification des pierres précieuses
Le concept d'inclusions dans les pierres précieuses peut être divisé en deux définitions, l'une large et l'autre étroite. La définition étroite fait référence à d'autres composants minéraux qui sont encapsulés dans des défauts cristallins au cours de la croissance de la pierre précieuse. La définition large englobe toutes les caractéristiques qui affectent l'uniformité globale des minéraux des pierres précieuses, y compris les inclusions étroites et les différences dans la structure et les caractéristiques physiques des pierres précieuses, telles que les bandes de couleur, le jumelage et le clivage. Les inclusions dans les pierres précieuses peuvent être classées en fonction de leur phase et de leur temps de formation.
(1) Classification par phase
Les inclusions de pierres précieuses peuvent être classées en inclusions solides, liquides et gazeuses en fonction de leur phase.
① Inclusions solides
Les inclusions solides sont des inclusions qui existent sous forme solide à l'intérieur des pierres précieuses. Les inclusions solides peuvent se former avant la pierre précieuse ou en même temps qu'elle. Par exemple, les inclusions de rutile en forme d'aiguille dans le quartz (figure 1-17).
② Inclusions liquides
Les inclusions liquides sont des inclusions à l'état liquide dans les pierres précieuses, principalement composées d'eau (figure 1-18).
Figure 1-17 Inclusions en forme d'aiguilles de rutile dans le cristal
Figure 1-18 Inclusions liquides dans les pierres précieuses
③ Inclusions gazeuses
Les inclusions gazeuses sont des inclusions qui existent à l'état gazeux dans les pierres précieuses. Par exemple, on trouve souvent des bulles dans l'ambre et le verre (figure 1-19).
④ Inclusions multiphases
Les inclusions multiphasiques désignent les inclusions dans les pierres précieuses qui existent dans plusieurs phases, y compris les inclusions biphasiques solide-liquide, les inclusions biphasiques gaz-liquide et les inclusions triphasiques solide-liquide-gaz, etc. (figures 1-20, 1-21).
Figure 1-20 Inclusion triphasée solide-liquide-gaz
Figure 1-21 Inclusion diphasique gaz-liquide
(2) Classés par durée de formation
Les inclusions des pierres précieuses peuvent être classées, en fonction de leur temps de formation, en inclusions primaires, syngénétiques et épigénétiques.
① Inclusions primaires
Les inclusions primaires sont des inclusions qui se forment avant la formation du cristal de la pierre précieuse. Ces inclusions sont solides et peuvent être de la même substance que la pierre précieuse ou d'une substance différente.
② Inclusions syngénétiques
Les inclusions primaires se forment en même temps que le cristal de la pierre précieuse, qui peut être à l'état solide, liquide ou gazeux.
③ Inclusions secondaires
Les inclusions secondaires ou post-formationnelles se forment après la formation du cristal de la pierre précieuse. Par exemple, les inclusions en forme de nénuphar dans l'olivine se forment sous l'effet d'une contrainte.
(3) Inclusions courantes dans les pierres précieuses
L'étude des inclusions dans les pierres précieuses est l'une des meilleures méthodes pour identifier les variétés de pierres précieuses, distinguer les pierres naturelles des pierres synthétiques, déterminer si une pierre précieuse a été traitée et rechercher l'origine des pierres précieuses. Par exemple, les rubis birmans contiennent souvent d'abondantes inclusions d'aiguilles de rutile ; les émeraudes colombiennes comprennent souvent des inclusions triphasées gaz-liquide-solide ; les aigues-marines peuvent présenter des inclusions en forme de pluie ; l'olivine contient des inclusions caractéristiques en forme de nénuphar ; les rubis synthétiques obtenus par fusion à la flamme présentent souvent des lignes de croissance en forme d'arc, des bulles et de la poudre ; la jadéite, si elle est traitée avec de la résine ou teintée, peut présenter des motifs de gravure à l'acide et une distribution des couleurs ressemblant à un treillis.
Avant de traiter les pierres précieuses, il convient de procéder à une observation complète de leurs caractéristiques internes et externes, telles que la répartition des inclusions, des lignes de croissance et des fissures. D'une manière générale, lors du positionnement des pierres précieuses, il convient de s'efforcer d'éviter les défauts et d'améliorer le rendement et la qualité des pierres précieuses. Dans des cas particuliers, certaines variétés de pierres précieuses exigent que les inclusions soient préservées. C'est le cas du démantoïde, dont les inclusions complètes en forme de queue sur la table augmentent considérablement la valeur. En outre, les pierres précieuses de grande clarté sont souvent conçues comme des pierres à facettes, tandis que celles qui présentent une faible clarté, une faible transparence et des fissures développées sont généralement conçues comme des cabochons.
Section V Propriétés physiques des pierres précieuses
1. Propriétés mécaniques des pierres précieuses
(1) Clivage
Le clivage est la propriété des minéraux des pierres précieuses de se fendre le long de plans lisses dans leur structure cristalline lorsqu'ils sont soumis à une force extérieure ; ces plans lisses sont appelés plans de clivage. Le clivage des pierres précieuses est classé en cinq niveaux en fonction de la douceur des plans de clivage : clivage parfait, clivage complet, clivage moyen, clivage imparfait et clivage imparfait.
Un clivage parfait est caractérisé par le fait que la gemme se sépare facilement sous l'effet d'une force extérieure, avec des surfaces de clivage complètes et lisses, comme le mica et le graphite (figure 1-22). Le clivage complet montre que la gemme peut facilement se diviser en plans sous l'effet d'une force extérieure, avec des surfaces de clivage relativement complètes et lisses, comme la fluorine et la calcite (figure 1-23).
Figure 1-22 Clivage parfait du mica
Figure 1-23 Clivage complet de la calcite
Un clivage modéré indique que la gemme peut se diviser en plans sous l'effet d'une force externe, avec des surfaces de clivage visibles mais pas suffisamment lisses, comme dans le cas du feldspath (figure 1-24). Un clivage incomplet se caractérise par le fait que la gemme est difficile à diviser en plans sous l'effet d'une force externe, et que seules de petites surfaces de clivage inégales, comme l'olivine, sont visibles par intermittence. Le clivage incomplet, ou l'absence de clivage, concerne les gemmes difficiles à diviser en plans sous l'effet d'une force externe, comme le quartz (figure 1-25).
Figure 1-24 Clivage moyen du feldspath
Figure 1-25 Clivage extrêmement imparfait du quartz
Lorsque le clivage d'une pierre précieuse se développe, elle peut être divisée dans le sens du clivage, comme le clivage complet de l'octaèdre de la fluorine. Lors du polissage, les directions de clivage peuvent produire un clivage continu, ce qui entraîne des facettes qui ne peuvent pas être polies jusqu'à ce qu'elles soient brillantes. Par conséquent, lors de la conception de la taille, il faut éviter que la table de la pierre précieuse et la plupart des facettes soient parallèles à la direction de clivage, mais plutôt former un petit angle avec le plan de clivage, comme le montre la conception de la taille de la topaze jaune dans les figures 1-26 et 1-27.
Figure 1-26 Le dessin du plan de travail en topaze doit former un petit angle avec le clivage de la surface inférieure.
Figure 1-27 Topaze brute et ses produits finis
(2) Séparation
La séparation fait référence à la propriété d'une pierre précieuse de se diviser le long de ses plans structurels spécifiques lorsqu'elle est soumise à des forces externes. Ces structures comprennent les limites de cristaux jumeaux ou certaines inclusions. Le clivage est une propriété inhérente aux pierres précieuses et les plans de clivage sont généralement plus lisses que les surfaces de séparation.
Lorsque les pierres précieuses se séparent, en raison de leur faible transparence, elles sont susceptibles de se fendre dans le sens de la séparation. Pour garantir la durabilité de la pierre précieuse, il convient de lui donner une forme incurvée plutôt qu'une forme à facettes. Les pierres précieuses les plus courantes présentant une séparation sont les pierres de la famille des corindons, telles que les rubis (figure 1-28) et les saphirs.
(3) Fracture
La fracture est une rupture irrégulière qui se produit de manière aléatoire dans les pierres précieuses sous l'effet d'une force extérieure. Les types de fractures les plus courants sont les fractures conchoïdales, les fractures en escalier, les fractures inégales et les fractures en dents de scie, comme le montrent les figures 1-29 à 1-31. La plupart des pierres précieuses présentent des fractures conchoïdales, comme le quartz, l'aigue-marine et le péridot ; la plupart des pierres de jade présentent des fractures irrégulières, comme la jadéite et la néphrite. Lors de la sélection des pierres précieuses, le type de fracture peut être utilisé pour distinguer grossièrement les différentes variétés de pierres précieuses.
Figure 1-28 Le clivage du rubis
Figure 1-29 Fracture en forme de coquille du quartz
Figure 1-30 Fracture en escalier du quartz
Figure 1-31 Fracture irrégulière du feldspath potassique
(4) Harnais
La dureté d'une pierre précieuse fait référence à sa capacité à résister à la pression, aux rayures ou au broyage. La méthode la plus couramment utilisée pour exprimer la dureté des minéraux des pierres précieuses est l'échelle de dureté de Mohs. La dureté de Mohs est une mesure relative de la dureté, divisée en dix niveaux, représentés par dix minéraux comme étalons, comme le montre le tableau 1-6.
Tableau 1-6 Échelle de dureté de Mohs
| Niveau de dureté | Échantillon standard Minéral | Niveau de dureté | Échantillon standard Minéral |
|---|---|---|---|
| 1 | Talc | 6 | Orthoclase |
| 2 | Gypse | 7 | Quartz |
| 3 | Calcite | 8 | Jade jaune |
| 4 | Pierre jaune | 9 | Saphir |
| 5 | Apatite | 10 | Diamant |
Certains minéraux des pierres précieuses ont une dureté variable dans différentes directions, connue sous le nom de dureté différentielle. Pour les pierres précieuses dont la dureté différentielle est importante, la direction de la facette de coupe doit être raisonnablement conçue en fonction de la direction de la dureté différentielle. Par exemple, la dureté du disthène dans la direction d'extension cristalline parallèle est de 4,5 〜5, tandis que la dureté dans la direction d'extension cristalline perpendiculaire est de 6,5 〜7. La table doit être conçue parallèlement à la direction de plus grande dureté.
Les pierres précieuses d'une grande dureté peuvent rayer et broyer celles d'une dureté moindre. C'est pourquoi il convient de choisir des abrasifs et des outils plus durs lors du traitement, tels que les meules diamantées et la poudre de polissage diamantée, qui peuvent broyer et polir la plupart des pierres précieuses. Étant donné que l'air contient beaucoup de dioxyde de silicium (dureté 7), les pierres précieuses d'une dureté supérieure à 7 ne se rayent pas facilement à l'usage, ce qui leur permet de conserver leur éclat pendant longtemps et d'avoir une grande longévité. Les pierres précieuses d'une dureté inférieure à 7 sont sujettes au frottement avec le dioxyde de silicium présent dans l'air pendant l'utilisation, ce qui entraîne de fines rayures à la surface qui réduisent l'éclat et provoquent une usure importante des bords. C'est pourquoi les pierres précieuses d'une dureté supérieure à 7 sont généralement travaillées en forme de facettes pour mettre en valeur leur brillance et leur éclat, tandis que celles d'une dureté inférieure à 7 sont souvent travaillées en forme de courbes pour réduire le frottement entre les arêtes et l'air, ce qui prolonge leur durée de vie. Les minéraux gemmes dont la dureté est inférieure à 3 ne sont généralement pas considérés comme des matériaux gemmes.
(5) Robustesse et fragilité
La dureté d'une pierre précieuse fait référence à sa capacité à résister à la déchirure et à la rupture sous l'effet de forces extérieures. La propriété d'être facilement brisée est appelée fragilité. Par exemple, la néphrite et le corindon ont une ténacité élevée et ne se brisent pas facilement lorsqu'ils sont soumis à des forces extérieures ; les émeraudes ont une fragilité relativement élevée et, pour éviter qu'elles ne se brisent facilement lors du sertissage et du port, elles sont souvent taillées en forme d'émeraude.
(6) Densité et densité relative
La masse d'une pierre précieuse par unité de volume est appelée densité. Dans l'identification des pierres précieuses, on utilise principalement la densité relative. La densité relative est le rapport entre la masse d'une substance dans l'air et la masse d'un volume égal d'eau à 4℃. L'abréviation anglaise est SG, et elle n'a pas d'unité.
Densité relative≈(masse de la gemme dans l'air / (masse de la gemme dans l'air - masse de la gemme dans l'eau))
Lors de la sélection des pierres précieuses, il est possible, en les "pesant", d'évaluer approximativement leur densité relative et de sélectionner rapidement les pierres dont la densité relative est trop élevée ou trop faible dans une pile mélangée, comme le montre l'illustration 1-32.
2. Propriétés optiques des pierres précieuses
(1) Sources lumineuses utilisées pour l'identification des pierres précieuses
La lumière naturelle fait référence à la lumière émise par des sources réelles, telles que la lumière du soleil et l'éclairage artificiel. La caractéristique de la lumière naturelle est que dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation des ondes lumineuses, il y a des vibrations lumineuses d'amplitude égale dans toutes les directions, comme le montre la figure 1-33.
La lumière polarisée désigne la lumière qui vibre dans une direction fixe, la direction de vibration étant perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde lumineuse. Elle est également appelée lumière polarisée plane ou lumière polarisée, comme le montre la figure 1-34.
La lumière visible désigne la lumière du spectre électromagnétique perceptible par l'œil humain, dont les longueurs d'onde sont généralement comprises entre 380 ~ et 760 nm.
(2) La couleur des pierres précieuses
La couleur des pierres précieuses est le résultat de l'absorption sélective de certaines longueurs d'onde de la lumière visible par la pierre précieuse, la lumière visible restante étant perçue par l'œil et le cerveau humains, comme le montre la figure 1-35.
① Pléochroïsme
Le pléochroïsme des pierres précieuses fait référence au phénomène selon lequel les pierres précieuses non homogènes absorbent sélectivement la lumière visible dans différentes directions, ce qui fait que les pierres précieuses affichent des couleurs différentes sous des angles différents. Seules les pierres précieuses non homogènes, colorées et transparentes présentent un pléochroïsme ; les cristaux uniaxes peuvent présenter un dichroïsme, tandis que les cristaux biaxes peuvent présenter un trichroïsme. En général, le pléochroïsme est plus prononcé dans la direction de l'axe optique ou dans le plan de l'axe optique ; il n'y a pas de pléochroïsme dans la direction perpendiculaire à l'axe optique. Les pierres précieuses présentant un fort pléochroïsme sont la tanzanite, l'iolite et la tourmaline.
D'une manière générale, lors de la conception de la taille des pierres précieuses, la table doit être verticale ou parallèle à la direction de l'axe optique, ce qui permet à la table d'afficher la meilleure couleur. Par exemple, pour les rubis, si la couleur apparaît rouge vif le long de l'axe C parallèle et rouge orangé le long de l'axe C vertical, la table de la pierre précieuse doit être verticale par rapport à l'axe C lors de la conception afin que l'on puisse observer la couleur rouge vif depuis la direction de la table, comme le montre l'illustration 1-36. Dans la tourmaline vert foncé, la couleur apparaît plus foncée le long de l'axe c parallèle et plus claire le long de l'axe c vertical, de sorte que la table de la pierre précieuse doit être parallèle à l'axe c lors de la conception, ce qui permet d'observer une couleur verte appropriée à partir de la direction de la table.
② Bandes de couleur, taches de couleur, formes de couleur
Les parties qui présentent une différence de couleur significative par rapport au corps principal de la pierre précieuse peuvent être appelées bandes de couleur, taches de couleur, formes de couleur, etc. Les bandes de couleur des pierres précieuses apparaissent souvent sous la forme d'une bande ou d'une ligne directionnelle. Lors de la conception des tailles de pierres précieuses, il faut essayer d'éviter que des bandes de couleur inégales, des formes de couleur, etc. n'apparaissent sur la table de la pierre précieuse, comme le montre l'illustration 1-37. Par exemple, les rubis et les saphirs ont souvent des bandes de couleur hexagonales qui sont perpendiculaires à l'axe c. En général, lors de la conception des tailles de pierres précieuses, il faut essayer de rendre la table des pierres précieuses parallèle à l'axe c.
(3) Éclat des pierres précieuses
L'éclat des pierres précieuses fait référence à la capacité de la surface de la pierre précieuse à réfléchir la lumière. L'éclat peut être classé en éclat métallique, éclat sub-métallique, éclat adamantin et éclat de verre, comme le montrent les figures 1-38 à 1-41. Les éclats spéciaux des pierres précieuses comprennent l'éclat huileux, l'éclat résineux, l'éclat soyeux et l'éclat nacré, comme le montrent les figures 1-42 et 1-43. Pour une même variété de pierres précieuses, la qualité du polissage est l'un des facteurs importants qui influencent l'intensité de l'éclat ; plus le polissage est bon, plus l'éclat est fort.
Figure 1-38 Éclat métallique
Figure 1-39 Éclat sub-métallique
Figure 1-40 Éclat Adamantin
Figure 1-41 Éclat du verre
Figure 1-42 Éclat résineux
Figure 1-43 Éclat nacré
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(4) Effets optiques spéciaux
Les effets optiques spéciaux des pierres précieuses comprennent principalement l'effet œil de chat, l'effet lumière des étoiles, l'effet de jeu de couleurs et l'effet de changement de couleur, ainsi que des phénomènes tels que l'effet halo, l'effet clair de lune et l'effet sable d'or. Les pierres présentant des effets optiques spéciaux sont souvent transformées en formes courbes, à l'exception de l'effet de changement de couleur.
① Effet œil de chat et effet lumière étoilée
L'effet œil de chat désigne le phénomène par lequel une pierre précieuse à surface incurvée présente une ligne brillante due à la réflexion et à la réfraction de la lumière, ressemblant à un œil de chat. L'effet de lumière étoilée désigne le phénomène par lequel une pierre précieuse à la surface incurvée présente deux ou plusieurs lignes lumineuses dues à la réflexion et à la réfraction de la lumière, ressemblant au scintillement d'une étoile.
Conditions pour qu'une pierre précieuse présente l'effet œil de chat ou l'effet lumière étoilée : Premièrement, la pierre précieuse doit contenir un ensemble (pour l'effet œil de chat) ou plusieurs ensembles (pour l'effet lumière étoilée) d'inclusions ou de structures fibreuses, aiguilleuses ou tubulaires densément disposées et orientées. Deuxièmement, lors de la conception de la taille de la pierre précieuse, la surface inférieure de la pierre doit être parallèle au plan des inclusions. La hauteur de la pierre incurvée doit correspondre au point focal de la lumière réfléchie par les inclusions, la ligne brillante produite par la pierre étant perpendiculaire à la direction des inclusions. Enfin, la surface incurvée doit être polie, tandis que la surface inférieure n'est généralement pas traitée ou polie, comme le montrent les figures 1-44 à 1-46.
Figure 1-45 Œil de chat en verre avec un ensemble d'inclusions fibreuses disposées parallèlement
Figure 1-46, l'effet œil de chat des yeux de chat en verre
② Jeu de couleurs
L'effet de jeu de couleurs fait référence au phénomène selon lequel différentes taches de couleur sont produites dans la même pierre précieuse, principalement en raison de l'interférence et de la diffraction de la lumière, et les couleurs des taches changent en fonction de l'angle d'observation.
L'opale peut présenter un jeu de couleurs, et la surface inférieure de la pierre précieuse doit être parallèle à la plupart des plans des taches de couleur. Choisissez la partie aux couleurs vibrantes comme centre de la pierre précieuse, principalement conçue dans une forme incurvée, comme le montre l'illustration 1-47.
③ Adularescence, effet pierre de lune, effet pierre de soleil
Les pierres précieuses du groupe des feldspaths peuvent produire divers effets optiques spéciaux, tels que l'adularescence de la labradorite, l'effet pierre de lune de la pierre de lune et l'effet pierre de soleil de la pierre de soleil. L'adularescence de la labradorite désigne le phénomène par lequel la lumière interfère et se diffracte entre les fines couches de cristaux jumelés de la labradorite ou les inclusions orientées en forme de plaques et d'aiguilles, affichant des couleurs telles que le rouge, le jaune et le bleu lorsque l'on fait tourner la pierre précieuse. L'effet pierre de lune de la pierre de lune fait référence au phénomène où la lumière subit une réflexion diffuse ou une interférence et une diffraction entre les couches de feldspath potassique et de feldspath sodique ou entre les couches de cristaux jumelés, présentant des teintes bleues et blanches rappelant la lumière de la lune lorsque la pierre précieuse est tournée. L'effet pierre de soleil de la pierre de soleil fait référence au phénomène de réfraction et de réflexion de la lumière entre les inclusions en forme de plaques et d'aiguilles grossièrement orientées, présentant de nombreux reflets éblouissants lorsque la pierre précieuse est tournée, comme le montre la figure 1-48.
Les effets optiques spéciaux du groupe des feldspaths sont liés à la structure en couches des pierres précieuses ; par conséquent, lors de la conception des pierres précieuses, la surface inférieure doit être parallèle à la structure en couches et polie en forme incurvée pour mieux présenter les effets optiques spéciaux.
(5) Réfraction et indice de réfraction des minéraux des pierres précieuses
Les phénomènes de réflexion et de réfraction se produisent à l'interface lorsque la lumière passe d'un milieu à un autre.
Loi de la réfraction : Lorsque la lumière pénètre dans un milieu plus dense (indice de réfraction plus élevé) à partir d'un milieu plus rare (indice de réfraction plus faible) sous un angle, le rayon réfracté, le rayon incident et la normale se trouvent dans le même plan, le rayon réfracté et le rayon incident se trouvant de part et d'autre de la normale ; l'angle de réfraction est inférieur à l'angle d'incidence, et lorsque l'angle d'incidence augmente, l'angle de réfraction augmente également. Lorsque la lumière pénètre de biais dans un milieu plus rare à partir d'un milieu plus dense, l'angle de réfraction est supérieur à l'angle d'incidence. Lorsque l'angle d'incidence augmente, l'angle de réfraction augmente également. Lorsque le rayon lumineux frappe la surface du milieu perpendiculairement, la direction de propagation reste inchangée et le trajet de la lumière est réversible en réfraction (figure 1-49).
Loi de la réflexion : Lorsque la lumière frappe une frontière, le rayon réfléchi, le rayon incident et la normale se situent dans le même plan, le rayon réfléchi et le rayon incident se trouvant de part et d'autre de la normale, et l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence (figure 1-50).
Réflexion interne totale : Lorsque des ondes lumineuses pénètrent dans un milieu moins dense à partir d'un milieu plus dense, l'augmentation de l'angle d'incidence fait que la lumière incidente n'est plus réfractée mais réfléchie entièrement dans le milieu plus dense. Ce phénomène est appelé réflexion interne totale et l'angle d'incidence correspondant est appelé angle critique pour la réflexion totale, comme le montre la figure 1-51.
Soit l'indice de réfraction du milieu le moins dense n1l'indice de réfraction du milieu plus dense est n2 (n2 > n1), et l'angle critique pour la réflexion totale est ɸ, sinɸ=n1/n2.
La biréfringence est la différence entre les indices de réfraction maximal et minimal des pierres précieuses hétérogènes. Pour les pierres précieuses présentant une biréfringence élevée, la conception de la taille doit garantir que la table est perpendiculaire à l'axe optique. Lorsqu'elle est observée le long de l'axe optique, la pierre précieuse ne présente pas de biréfringence, ce qui empêche l'apparition d'images fantômes sur le bord des facettes qui pourraient affecter l'apparence de la pierre précieuse, comme le montrent les figures 1-52 et 1-53.
Figure 1-52 Olivine brute (à gauche) et son produit fini (à droite)
Figure 1-53 Double réfraction facettée de l'olivine 6. Dispersion des minéraux des pierres précieuses
(6) Dispersion des minéraux des pierres précieuses
Le phénomène de décomposition de la lumière blanche en différentes longueurs d'onde de lumière colorée lorsqu'elle traverse un matériau est appelé dispersion. Par exemple, un faisceau de lumière blanche est décomposé en couleurs constitutives en raison des différents indices de réfraction, comme le montre la figure 1-54. Les pierres précieuses à forte dispersion comprennent la spessartine 0,027, le zircon 0,039, le diamant 0,044, le sphène 0,051, le démantoïde 0,057 et la zircone cubique 0,065.
Les pierres dont l'indice de réfraction et la valeur de dispersion sont élevés, comme les rubis, les grenats et les olivines, sont souvent taillées en taille brillante pour mettre en valeur leur éclat et leur feu. Celles dont l'indice de réfraction ou la valeur de dispersion sont plus faibles sont souvent taillées en escalier pour mettre en valeur la couleur de la pierre précieuse, comme les émeraudes et les aigues-marines.
(7) Autres propriétés physiques des pierres précieuses
① Conductivité thermique
La conductivité thermique désigne la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Les métaux ont la plus forte conductivité thermique, suivis par les cristaux, tandis que les matériaux amorphes ont la plus faible conductivité thermique. Par exemple, l'or a une forte conductivité thermique et son contact procure une sensation de fraîcheur, tandis que le plastique a une faible conductivité thermique et son contact procure une sensation de chaleur. Parmi les cristaux de pierres précieuses, les diamants ont la meilleure conductivité thermique ; c'est pourquoi un compteur de conductivité thermique a été inventé pour distinguer les diamants des autres pierres précieuses similaires.
② Conductivité électrique
La conductivité électrique désigne la capacité d'un matériau à conduire une charge électrique. En général, les métaux ont une conductivité électrique plus élevée que les non-métaux. Parmi les pierres précieuses courantes, les diamants bleus naturels sont des semi-conducteurs, tandis que les diamants bleus irradiés ne conduisent pas l'électricité, ce qui peut faciliter leur identification. Parallèlement, les semi-conducteurs peuvent être utilisés pour développer des composants électroniques, tels que les diamants de type IIb (diamants), qui peuvent être utilisés comme semi-conducteurs.
③ Piézoélectricité
La piézoélectricité est la propriété d'un matériau qui génère une charge électrique lorsqu'il est soumis à une force extérieure. Les minéraux présentant des propriétés piézoélectriques peuvent être utilisés dans la technologie radio et l'électronique à quartz, comme les cristaux de quartz.
④ Thermoélectricité
La thermoélectricité est la propriété d'un matériau qui génère une charge électrique lorsqu'il est chauffé. Par exemple, la tourmaline a des propriétés thermoélectriques.
⑤ Electrostatique
L'électrostatique désigne la propriété d'un matériau qui génère une charge électrique statique lorsqu'il est soumis à un frottement. Par exemple, l'ambre et le plastique ont des propriétés électrostatiques.
⑥ Magnétisme
La présence d'éléments métalliques tels que le fer, le cobalt et le nickel dans les minéraux des pierres précieuses est principalement à l'origine du magnétisme. Par exemple, une quantité importante d'inclusions de magnétite dans la labradorite peut aider à l'identification.
Section VI Instruments de contrôle des pierres précieuses
1. Loupe 10x en pierre précieuse
(1) Structure de la loupe 10x pour pierres précieuses
La loupe 10x pour pierres précieuses couramment utilisée est une lentille à trois composants : une lentille concave-convexe supérieure et inférieure et une lentille biconvexe centrale, comme le montre la figure 1-55.
Figure 1-55 L'objet physique de la loupe 10x pour pierres précieuses et sa structure optique
(2) Comment utiliser la loupe 10x pour pierres précieuses ?
- Nettoyer l'échantillon.
- Tenez la loupe près de vos yeux, en gardant les deux yeux ouverts pour éviter la fatigue en peu de temps.
- Prenez l'échantillon à l'aide d'une pincette et appuyez-le contre la main qui tient la loupe, en observant à une distance d'environ 2,5 cm de l'échantillon.
- Observez d'abord les caractéristiques externes et internes de la pierre précieuse dans son ensemble, puis concentrez-vous sur des observations spécifiques.
(3) L'utilisation d'une loupe 10x pour les pierres précieuses
Une loupe 10x permet d'observer les caractéristiques internes et externes des gemmes, telles que la répartition des inclusions, les bandes de couleur, les lignes de croissance, le clivage et la qualité du traitement.
(4) Précautions
- L'échantillon doit être nettoyé avant d'être utilisé afin d'éviter de confondre les taches de surface et la poussière avec les caractéristiques de la surface.
- L'observation du spécimen sous plusieurs angles est nécessaire pour observer de manière exhaustive les différents phénomènes.
- Lors de l'utilisation d'une loupe pour pierres précieuses, il est important de respecter les "trois appuis" : les coudes sur la table, les mains jointes et la main qui tient la loupe contre la joue afin d'assurer une stabilité maximale.
- Les lentilles en verre ont une dureté relativement faible et doivent être rapidement rétractées et recouvertes d'un étui de protection après utilisation.
2. Microscope à gemmes
(1) Structure du microscope à gemme (Figure 1-56)
Système optique : comprend le système d'oculaire, le système d'objectif, le système de zoom, etc.
Système d'éclairage : comprend une source lumineuse inférieure, une source lumineuse supérieure, un interrupteur, un bouton de réglage de l'intensité lumineuse, etc.
Système mécanique : comprend le support, la base, la molette de réglage de la longueur focale, le verrouillage du diaphragme, le porte-gemme, etc.
(2) Méthode d'utilisation d'un microscope à gemme
- Nettoyez le spécimen et placez-le sur la pince à pierres précieuses.
- Réglez l'objectif sur la position la plus basse et allumez la lampe d'éclairage du microscope.
- Régler l'oculaire en fonction de la distance interpupillaire ; le champ de vision devient un cercle complet, ce qui indique que le réglage est terminé.
- Réglez d'abord la longueur focale pour que le champ de vision de l'oculaire à focale fixe soit clair, puis réglez la longueur focale de l'oculaire à focale variable pour que le champ de vision soit clair, et enfin réglez la molette de mise au point pour faire la mise au point.
- Choisissez la méthode d'éclairage appropriée en fonction des besoins, observez d'abord l'état général du spécimen, puis continuez à augmenter le grossissement de l'objectif pour l'observation locale.
- Après l'observation, rangez soigneusement les pierres précieuses, réinitialisez le microscope et remettez le couvercle.
(3) Les méthodes d'éclairage des microscopes pour pierres précieuses
Les principales méthodes d'éclairage des microscopes pour pierres précieuses sont l'éclairage par réflexion, l'éclairage en champ sombre et l'éclairage en champ clair. L'éclairage réfléchi utilise une source de lumière supérieure et est principalement utilisé pour observer les caractéristiques externes des pierres précieuses. L'éclairage à fond noir utilise une source de lumière inférieure et un écran noir, principalement pour observer les caractéristiques internes des pierres précieuses. L'éclairage en champ clair utilise la source de lumière inférieure intégrée au microscope et supprime le bouclier, ce qui permet d'observer les inclusions internes ou les lignes de croissance dans les pierres précieuses plus foncées. Outre les méthodes susmentionnées, l'éclairage par lumière diffusante, l'éclairage par lumière ponctuelle, l'éclairage horizontal, l'éclairage de masquage et l'éclairage par lumière polarisée sont également utilisés, comme le montre la figure 1-57.
(4) Les utilisations des microscopes pour pierres précieuses
Le microscope à pierres précieuses permet d'observer en détail les caractéristiques internes et externes des pierres précieuses, notamment les fissures, les inclusions, les bandes de couleur et les lignes de croissance.
(5) Précautions
- Lors de l'utilisation du microscope, manipulez les pièces mécaniques avec précaution.
- Ne touchez pas l'oculaire ou l'objectif avec vos mains ; utilisez du papier spécial pour lentilles pour le nettoyage.
- Après avoir utilisé le microscope, réglez la luminosité de la source lumineuse au niveau le plus bas et éteignez l'appareil.
- Après utilisation, le tube de l'objectif doit être rapidement ajusté dans la position la plus basse afin d'éviter que le bouton de réglage ne se desserre.
3. Réfractomètre
(1) Principe du réfractomètre
Le principe du réfractomètre de gemme est basé sur la loi de la réfraction et le principe de la réflexion interne totale, comme le montre la figure 1-58.
(2) Structure du réfractomètre
Le réfractomètre de gemme se compose principalement d'un prisme à indice de réfraction élevé, de miroirs, de lentilles, de polariseurs, de sources lumineuses et d'échelles, comme le montre la figure 1-59. Actuellement, la plupart des prismes de réfractomètre disponibles sur le marché sont en verre au plomb et la source lumineuse utilise généralement une lumière jaune d'une longueur d'onde de 589,5 nm. Étant donné qu'il existe une fine couche d'air entre la pierre précieuse et le prisme, un liquide de contact (huile de réfraction) est nécessaire pour assurer un bon contact optique entre les deux.
(3) Méthode d'utilisation du réfractomètre
En fonction de la situation spécifique de la gemme, on peut choisir la méthode de la myopie ou celle de l'hypermétropie. D'une manière générale, les pierres à facettes sont principalement mesurées à l'aide de la méthode de la myopie, tandis que les petites facettes ou les pierres incurvées sont principalement mesurées à l'aide de la méthode de l'hypermétropie.
① Méthode de la myopie
- Nettoyer l'échantillon et la plate-forme d'essai.
- Mettez l'appareil sous tension et déposez l'huile de réfraction au centre de la plate-forme d'essai des prismes, avec un diamètre de gouttelettes d'environ 1 〜2 mm.
- Sélectionnez la plus grande facette qui a été polie et poussez-la doucement sur la gouttelette d'huile au centre de la plate-forme d'essai des prismes.
- Approchez vos yeux de l'oculaire, faites tourner la pierre précieuse, observez le mouvement de la ligne d'ombre vers le haut et vers le bas, puis lisez et enregistrez les mesures.
- Une fois l'essai terminé, les échantillons et la plate-forme d'essai doivent être nettoyés rapidement, les échantillons doivent être collectés et l'appareil doit être mis hors tension.
② Méthode de l'hypermétropie
- Nettoyer les échantillons et la plate-forme d'essai.
- Mettez l'appareil sous tension et déposez une quantité appropriée d'huile de réfraction sur la surface métallique près de la plate-forme d'essai.
- Placez la pierre précieuse avec la surface incurvée vers le bas de manière à ce que la surface incurvée de la pierre précieuse entre en contact avec la quantité appropriée d'huile de réfraction.
- Placez la gemme avec une quantité appropriée d'huile de réfraction au centre de la table d'essai.
- Déplacez vos yeux d'avant en arrière pour observer le contour de la gemme.
- Déplacez vos yeux de haut en bas pour observer les changements de lumière et d'obscurité à l'intérieur du contour de la gemme, et notez les lectures à la limite où elle est à moitié claire et à moitié sombre.
- Après l'essai, nettoyez rapidement l'échantillon et la table d'essai, récupérez l'échantillon et éteignez l'appareil.
(4) Objectif du réfractomètre
Il permet de tester l'indice de réfraction, la biréfringence, les propriétés axiales et les propriétés optiques des pierres précieuses.
(5) Précautions
- La pierre précieuse doit avoir une surface bien polie ; si la surface inférieure d'une pierre précieuse courbée est bien polie, la méthode de la facette peut être utilisée pour le test.
- L'indice de réfraction des pierres organiques et des pierres poreuses ne doit pas être testé à l'aide d'un réfractomètre.
- Nettoyez la table d'essai et la pierre précieuse avant l'essai.
- Pour obtenir des valeurs précises de l'indice de double réfraction, plusieurs facettes doivent être mesurées.
- Veillez à faire la distinction entre l'indice de réfraction des pierres précieuses et l'indice de réfraction de l'huile de réfraction.
- Veillez à protéger la plate-forme d'essai du réfractomètre afin d'éviter les rayures causées par les pierres précieuses ou les pinces qui pourraient affecter la durée de vie de la plate-forme d'essai. La précision des résultats du test dépend de plusieurs facteurs, tels que l'état de polissage de la pierre précieuse, la quantité d'huile de réfraction utilisée et la précision du réfractomètre lui-même.
- Après l'essai, essuyez rapidement tout liquide de contact résiduel sur la plate-forme d'essai afin d'éviter la corrosion.
4. Filtre polarisant
(1) Le principe des polariseurs
Lorsque la lumière naturelle traverse le polariseur inférieur, elle produit une lumière polarisée parallèle au polariseur inférieur. Lorsque les directions de vibration des polariseurs supérieur et inférieur sont parallèles, la vue est la plus claire ; lorsque les directions de vibration sont perpendiculaires, la vue est la plus sombre, comme le montre la figure 1-60.
(2) La structure des polariseurs
La structure principale du polariseur comprend le polariseur supérieur, le polariseur inférieur, la gemme et la source lumineuse, comme le montre la figure 1-61.
(3) Comment utiliser un polariseur
- Nettoyer la pierre précieuse à tester.
- Allumez la source lumineuse, faites pivoter le polariseur supérieur pour que la lumière polarisée verticale et horizontale soit perpendiculaire, et observez le champ de vision depuis le haut pour trouver le point le plus sombre.
- Placez la pierre précieuse à tester sur la scène.
- Faire tourner la pierre précieuse (scène) de 360°, observer les changements de luminosité de la pierre précieuse, enregistrer et conclure les phénomènes observés avec le microscope polarisant, et les conclusions sont présentées dans le tableau 1-7.
- Protégez la pierre précieuse à tester et éteignez l'appareil.
Tableau 1-7 Phénomènes observés au microscope polarisant et conclusions
| Fonctionnement | Phénomène | Conclusion |
|---|---|---|
| Sous des polariseurs croisés, faire tourner la pierre précieuse de 360°. | Quatre lumineux et quatre sombres | Corps hétérogène optique |
| Sous des polariseurs croisés, faire tourner la pierre précieuse de 360°. | Obscurité totale/extinction normale | Corps homogène optique |
| Rotation de la pierre précieuse sous une lumière polarisée orthogonale de 360°. | Pleinement lumineux | Agrégat hétérogène optique |
(4) Utilisation du filtre polarisant
À l'aide d'un filtre polarisant pour pierres précieuses, vous pouvez tester les caractéristiques optiques et les propriétés axiales et observer le pléochroïsme de la pierre précieuse.
(5) Précautions
- Les gemmes opaques, trop petites ou présentant de nombreuses fissures ou inclusions ne peuvent pas être testées.
- Pendant les essais, la pierre précieuse doit être observée de plusieurs côtés pour éviter d'affecter la conclusion.
5. Balance électronique
Le principe de l'utilisation d'une balance électronique pour tester la densité relative des pierres précieuses
(1) Le principe de l'utilisation d'une balance électronique pour tester la densité relative des pierres précieuses est le principe d'Archimède.
Densité relative (d)≈ la masse de la pierre précieuse dans l'air / (la masse de la pierre précieuse dans l'air - la masse de la pierre précieuse dans l'eau).
(2) Structure de la balance électronique
La balance électronique se compose d'un plateau de pesée, de pieds de réglage et d'un écran, comme le montre la figure 1-62.
(3) Méthode d'utilisation de la balance électronique
① Méthode de mesure de la masse
- Réglez les pieds de réglage de manière à ce que la bulle du niveau soit centrée dans l'anneau.
- Placez la pierre précieuse sur le plateau de la balance à l'aide de pinces, attendez que les données se stabilisent, puis lisez et enregistrez la mesure.
- Une fois la pesée terminée, rangez les pierres précieuses et éteignez l'instrument.
② Tester la densité relative en utilisant la méthode de pesée à l'eau claire.
- Nettoyer la pierre précieuse à tester.
- Mettez la balance électronique en marche et calibrez-la à zéro.
- Placez la pierre précieuse sur la balance et notez sa masse G空 dans l'air.
- Retirez la pierre précieuse à l'aide d'une pince à épiler et remettez la balance à zéro.
- Placer délicatement la pierre précieuse dans le panier métallique à l'aide d'une pince à épiler, en veillant à ce que la pierre précieuse et le panier métallique soient complètement immergés dans l'eau, et mesurer la masse de la pierre précieuse dans l'eau G水.
- Substituer la valeur mesurée dans la formuleSG≈G空/ (G空 - G水), pour obtenir la densité relative de la pierre précieuse.
- Retirez la pierre précieuse, séchez-la, rangez-la et éteignez-la.
(4) Utilisation des balances électroniques
La balance électronique couramment utilisée peut lire avec précision jusqu'à la quatrième décimale. Elle est principalement utilisée pour peser les pierres précieuses et déterminer la densité relative.
(5) Précautions
- Les pierres précieuses poreuses présentant de nombreuses fissures ou trop petites (moins de 0,3 ct) ne doivent pas être testées pour la densité relative à l'aide de la méthode de pesée à l'eau claire.
- Les bulles d'air doivent être éliminées lorsque la pelle métallique et la pierre précieuse à tester sont immergées dans l'eau.
- La balance électronique doit être placée sur une surface stable, portes et fenêtres fermées pour éviter les interférences.
6. Dichroscope
(1) Le principe du dichroscope
Lorsque la lumière naturelle pénètre dans une pierre précieuse hétérogène, elle se divise en deux faisceaux de lumière polarisée avec des vibrations perpendiculaires et des directions de propagation différentes. La pierre hétérogène absorbe la lumière différemment en fonction de la direction de vibration, séparant ces deux types de lumière, ce qui peut révéler des couleurs différentes. Seules les pierres hétérogènes colorées et transparentes (perméables à la lumière) peuvent présenter un pléochroïsme.
(2) La structure du dichroscope
Le dichroscope se compose principalement d'une lentille d'objectif, de calcite et d'un oculaire, comme le montrent les figures 1-63 et 1-64.
(3) Comment utiliser le dichroscope ?
- Transmettre une lumière blanche à travers l'échantillon de gemme.
- Placez le dichroscope près de la pierre précieuse pour vous assurer que la lumière qui entre dans le dichroscope est une lumière transmise.
- Approchez vos yeux du dichroscope et observez les différences de couleur dans les deux fenêtres du dichroscope en le faisant tourner.
- Enregistrer et analyser les résultats.
(4) Utilisations du dichroscope
Observez le pléochroïsme de la pierre précieuse, comme le montre l'illustration 1-65.
(5) Précautions
- Seules les pierres précieuses colorées et transparentes peuvent présenter du pléochroïsme.
- Les observations doivent être faites dans plusieurs directions.
- Il convient de ne pas conclure hâtivement sur les pierres précieuses présentant un faible pléochroïsme ; d'autres méthodes doivent être utilisées pour la vérification.
- Ne confondez pas la distribution inégale des couleurs dans les pierres précieuses avec le pléochroïsme.
7. Lampe fluorescente à ultraviolets
(1) Principe de la lampe fluorescente à ultraviolet
La lampe fluorescente à ultraviolets peut émettre de la lumière ultraviolette à ondes longues d'une longueur d'onde principale de 365 nm et de la lumière ultraviolette à ondes courtes d'une longueur d'onde de 253,7 nm, ce qui permet d'observer les caractéristiques luminescentes des pierres précieuses sous la lumière ultraviolette à ondes longues et à ondes courtes.
(2) Structure de la lampe fluorescente à ultraviolet
La lampe fluorescente à ultraviolets se compose principalement de sources de lumière ultraviolette à ondes longues et à ondes courtes, d'une boîte noire et d'un interrupteur, comme le montre la figure 1-66.
(3) Comment utiliser la lampe fluorescente à ultraviolets ?
- Nettoyez la pierre précieuse à tester, placez-la sous la lampe fluorescente à ultraviolets et fermez la boîte noire.
- Allumez la source lumineuse, sélectionnez la lumière ultraviolette à ondes longues ou à ondes courtes et observez les caractéristiques luminescentes de la pierre précieuse.
- Enregistrez les phénomènes, principalement l'intensité, la couleur et l'emplacement de la fluorescence.
(4) Utilisations des lampes fluorescentes à ultraviolets
L'observation des caractéristiques luminescentes des pierres précieuses permet d'en identifier la variété, l'origine et de savoir si elles ont été traitées ou optimisées.
(5) Précautions
- La lumière ultraviolette à ondes courtes peut provoquer des lésions oculaires et, dans les cas graves, la cécité ; il faut éviter de regarder directement les lampes fluorescentes à ultraviolets.
- La lumière ultraviolette à ondes courtes peut provoquer des lésions cutanées ; il est interdit de placer les mains directement sous la lampe fluorescente à ultraviolets pendant le fonctionnement.
- Il convient de faire la distinction entre la fluorescence violette et l'illusion de fluorescence violette. La fluorescence violette est la lumière émise par la pierre précieuse, tandis que l'illusion de fluorescence violette est la réflexion de la lumière ultraviolette par la pierre précieuse.
8. Conductivimètre thermique à diamant
(1) Principe du thermocoupleur à diamant
L'appareil de mesure de la conductivité thermique du diamant est conçu sur la base de la conductivité thermique extrêmement élevée des diamants, et sert d'instrument pour différencier rapidement les diamants des pierres précieuses similaires.
(2) Structure du thermocoupleur à diamant
Le conductimètre thermique à diamant se compose principalement de contacts métalliques, d'un écran d'affichage et d'un interrupteur d'alimentation, comme le montre la figure 1-67.
(3) Comment utiliser le thermocoupleur Diamond ?
- Nettoyez et séchez la pierre précieuse à tester et placez-la dans la position appropriée sur la plaque métallique.
- Activez l'interrupteur du compteur de conductivité thermique, réglez le mode approprié en fonction de la température ambiante et de la taille de la pierre précieuse, et préchauffez.
- Tenez le détecteur, touchez la plaque métallique avec vos doigts, alignez-la à angle droit avec la gemme de test, appliquez une certaine pression, et l'instrument affichera des signaux lumineux et sonores pour obtenir les résultats du test.
- Lorsque l'instrument de conductivité thermique émet un signal sonore dans la zone du diamant, l'échantillon testé peut être du diamant ou du carbure de silicium synthétique, que l'on peut encore distinguer à l'aide d'une loupe. Les diamants sont homogènes et ne présentent pas d'images fantômes sur les bords des facettes, tandis que le carbure de silicium synthétique présente des images fantômes évidentes sur les bords des facettes.
(4) Utilisations de l'instrument de conductivité thermique du diamant
L'instrument de conductivité thermique du diamant permet de distinguer rapidement les diamants des pierres précieuses similaires.
(5) Précautions
- Pendant le processus de test, il faut veiller à protéger les contacts métalliques et le couvercle de protection doit être remis en place immédiatement après l'utilisation.
- La batterie doit être remplacée rapidement en cas de faible puissance afin d'éviter d'affecter les résultats du test.
9. Introduction aux grands instruments
(1) Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier
Le spectromètre infrarouge à transformée de Fourier utilise des ondes lumineuses infrarouges qui irradient le matériau gemme de sorte que le niveau d'énergie de vibration du matériau saute, l'absorption de la lumière infrarouge correspondante et le spectre qui en résulte, pour effectuer l'analyse du matériau de l'instrument. Les méthodes d'essai comprennent la transmission et la réflexion, ce qui permet d'effectuer des essais pratiques, précis et non destructifs.
En gemmologie, les différences entre les spectres infrarouges peuvent être utilisées pour identifier les variétés de pierres précieuses. Il permet de détecter les matériaux artificiels dans les gemmes, et donc d'identifier s'il y a eu un traitement de remplissage, comme la résine époxy dans la jadéite de qualité C. Il peut distinguer les cristaux naturels des cristaux synthétiques en testant les molécules d'hydroxyle et d'eau dans les pierres précieuses. La présence d'atomes d'impureté dans les diamants peut être testée pour classer les types de diamants, comme le montrent les figures 168 et 1-69.
(2) Spectromètre Raman à laser
Le spectromètre Raman laser est un instrument qui analyse les matériaux en utilisant la collision inélastique entre les photons laser et les molécules du matériau, produisant des spectres de diffusion moléculaire. Il se caractérise par une haute résolution, une grande sensibilité et une analyse rapide et non destructive.
La gemmologie permet de détecter la composition des inclusions dans les pierres précieuses, notamment en étudiant les inclusions fluides simples d'une taille de 1 μm et diverses inclusions minérales solides dans la pierre précieuse afin d'analyser leurs types de genèse. Il peut détecter les matériaux de remplissage dans les pierres précieuses et distinguer les perles noires teintées (riches en argent) des perles noires cultivées dans l'eau de mer. Les espèces de pierres précieuses peuvent être identifiées sur la base des spectres, comme le montrent les figures 1-70 et 1-71.
(3) Spectrophotomètre ultraviolet-visible
Le spectrophotomètre UV-visible est un instrument qui utilise des ondes électromagnétiques ultraviolettes-visibles pour irradier les matériaux, provoquant des transitions électroniques entre les niveaux d'énergie et produisant des spectres d'absorption pour l'analyse des matériaux, comme le montre la figure 1-72.
En gemmologie, les pierres précieuses peuvent être identifiées sur la base des caractéristiques de leur spectre d'absorption. Elle permet de détecter les pierres traitées artificiellement, comme les diamants bleus naturels et les diamants bleus irradiés ; elle permet de distinguer certaines pierres naturelles des pierres synthétiques, comme le béryl rouge naturel et le béryl rouge synthétique ; elle permet également d'étudier les mécanismes de coloration des pierres précieuses.
(4) Instrument de cathodoluminescence
L'instrument de cathodoluminescence utilise un tube cathodique pour émettre des faisceaux d'électrons à haute énergie, excitant la surface des pierres précieuses pour les rendre luminescentes. Il permet également de mener des recherches sur les matériaux en fonction de leurs caractéristiques luminescentes.
En gemmologie, les rubis naturels et synthétiques, les diamants naturels et synthétiques, le jade naturel et le jade traité peuvent être classés en fonction de leurs caractéristiques luminescentes, comme le montre la figure 1-73.
(5) Analyseur de proportions de gemmes
L'analyseur de proportions de pierres précieuses est un instrument conventionnel de mesure des proportions de pierres précieuses, qui mesure les proportions et les principaux écarts de symétrie des pierres précieuses finies grâce à la relation entre l'image projetée et les graphiques et l'échelle standard sur l'écran, comme le montrent les figures 1-74 et 1-75.
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Merci pour la qualité de l’information