PROGRAMMATION SUR MATLAB D’UNE TECHNIQUE D’IDENTIFICATION DES GEMMES FACETTEES

La procédure d’identification des gemmes facettées

Observation à l’œil nu

Chaque espèce minérale présente des propriétés bien particulières, qui, comme leur habitus, font leur identité. Les minéraux possèdent des caractéristiques propres qui sont le reflet de l’arrangement des atomes dans leur structure cristalline. Elles déterminent les propriétés invariables pour chaque espèce minérale. Ce sont : la couleur, l’éclat, la cassure, le phénomène optique, dispersion,…

La couleur

Pour l’examen de la pierre, on pose toujours la question à propos de la couleur de la gemme. Or, cette couleur n’est pas toutefois un moyen d’identification puisque certaines d’entre elles ont les mêmes couleurs mais de natures différentes, comme le saphir, le spinelle bleu, l’indigolite, la tanzanite, sont tous de couleur bleue.
D’autre part, les gemmes de même groupe se présentent avec des couleurs variées comme la famille de béryls : goshénite (incolore), morganite(rose), héliodore (jaune), émeraude (vert), aigue marine(bleu), et bixbite (rouge). Les couleurs de la gemme peuvent varier pour plusieurs raisons, mais la majorité des modifications de couleurs sont associées à des phénomènes physiques plus complexes. Voici un tableau de récapitulation des différents phénomènes qui interviennent dans la couleur de la pierre gemme.

L’Eclat et la transparence

Eclat
L’éclat est l’effet optique produit par la lumière réfléchie à la surface de la pierre. L’intensité et le type d’éclat observés dépendent de l’indice de réfraction (IR) de la pierre : « plus l’IR de la pierre est élevée, plus son éclat est vif ». L’éclat d’une pierre gemme lui donne déjà une idée de ce qu’elle peut être. On rencontre 4 types d’éclat de la pierre gemme facettée :
Adamantin: éclat caractéristique du diamant, rencontré parfois sur le zircon, le grenat démantoïde, le cubique zirconia, la sphalérite, la spéssartite, le Sphène, la scheelite, la cérusite, etc.
Vitreux brillant : éclat caractéristique de gemme de pierre fine comme le : grenat, tourmaline, béryls, spinelle, saphir, rubis, bénitoïte, épidote, disthène, etc.
Vitreux : l’éclat qui rappelle le verre et rencontré parfois sur le cristal de roche, Iolite, béryllonite, Scapolite, Hambergite,
Vitreux bas : l’éclat de gemme inferieur à l’éclat vitreux : calcite, pétalite, orthose, plastique, fluorite, opale de feu,…
Transparence
La valeur de la plupart des pierres gemmes dépend en grande partie de leur transparence, qui est la propriété de laisser passer la lumière et permettant de distinguer les objets à leur intérieur comme : les inclusions solide, liquide, gazeux, la cavité, le fissure et la fracture.
La variation d’intensité de la transparence de pierre gemme sont :
Transparente: une pierre gemme est dite transparente lorsque les objets sont clairement visibles à leur travers, comme le cas de verre, diamant, zircon, cubique zirconia, cristal de roche, etc.
Translucidité: la pierre est dite translucide lorsque la lumière perd sa puissance au contact d’une pierre par exemple : orthose, pétalite, opale, etc.
Opacité: une pierre est dite opaque lorsqu’aucune lumière n’est transmise à son travers.

La brillance [11]

C’est la quantité de la lumière totale qui arrive à l’observateur. Elle se compose : de la lumière réfléchie par les facettes de la couronne et de la lumière réfléchie par les facettes du pavillon. L’angle que font les facettes entre elles est capital dans ce phénomène.

La dispersion [15]

La lumière blanche est composée en ses couleurs spectrales lorsqu’elle traverse un prisme de matière incolore ou très légèrement colorée. Si la taille est faite convenablement, on observera les feux (éclairs de couleur) du diamant par les facettes de la couronne [9]. Pour faciliter l’observation des feux, on fait tourner la gemme incolore facettée sous une lampe blanche ou au soleil.

 Le changement de couleur [12]

C’est la caractéristique des matériaux gemmes qui change de couleur lorsqu’on les met devant deux sources de lumière différentes (cas de l’alexandrite : rougeâtre sous une lampe au tungstène et verte à la lumière du jour) ou si on regarde la gemme dans différentes directions, la couleur de gemme s’est modifiée par exemple le cas de l’Iolite qui change de couleur suivant la sens de direction d’observation.

Poids dans la main [12]

Ce système, est une mesure approximative des gemmes en se référant au poids de quartz comme la moyenne. Toutes les gemmes de densité strictement supérieure à ce poids sont classées comme des gemmes lourdes, pour la densité au voisinage de quartz sont classées moyennes, et pour les densités inferieures sont légères.

Observation aux Matériels d’identification [11]

Les méthodes d’identification de gemmes sont basées principalement sur leurs propriétés physiques et optiques. Avant l’utilisation de matériel, il faut noter tous les éléments d’identification obtenus à l’observation visuelle, comme la couleur, forme et style de taille, transparence, éclat, phénomène optique, dispersion et poids dans la main.

Polariscope [15]

Le polariscope est le premier instrument d’identification utilisé au laboratoire de gemme, il permet d’observer les gemmes transparentes et certains matériaux translucides. Il comporte deux filtres polarisants et une lampe ; il polarise la lumière dans toutes les directions perpendiculairement à sa trajectoire à l’aide d’une filtre polaroïde qui va se comporter comme une grille et qui transforme la vibration dans un même plan. Il est capable de séparer les gemmes mono réfringentes des gemmes biréfringentes.
Tableau 7. La réaction de différentes natures de gemme au polariscope
Figure 2. L’Observation d’une gemme au Polariscope Pour l’observation de la réaction des gemmes au polariscope,
On allume l’appareil, puis on met la gemme sur la plaque de verre au-dessus du polariseur ; après, on assure que les deux filtres polarisants sont perpendiculaires ou en position croisée, c’est-à-dire la lumière ne passe plus ; ensuite on fait tourner les matériaux dans toutes les directions.

Spectroscope

L’identification d’une gemme nécessite parfois l’observation de son spectre d’absorption. Pour ce faire, il existe plusieurs modèles de spectroscopes mais le plus utile en gemmologie est le spectroscope de poche. Ce genre de spectroscope permet d’observer les principales bandes d’absorption du spectre d’une gemme transparente ou translucide. On peut voir à travers cet appareil le spectre de la lumière du jour et le résultat va du rouge au violet. Certaines pierres gemmes modifient le spectre de la lumière blanche lorsqu’on le regardez dans le spectroscope. La position de ces bandes d’absorption et les raies permettent de détecter certains éléments chimiques au sein d’une gemme. Or ce ne sont pas toutes les gemmes qui présentent un spectre d’absorption.
Il existe deux types de spectroscope de poche :
Le spectroscope à réseau de diffraction : dans ce spectroscope, la distribution des longueurs d’onde est uniforme et linéaire
Le spectroscope à prisme : dans ce spectroscope, la couleur du spectre de la lumière blanche semble tassée dans l’extrémité rouge tandis qu’elle s’était dans l’autre, vers le bleu et le violet [12]
L’utilisation de ces appareils est facile, mais l’utilisation du spectroscope à prisme est préférable.
L’observation des matériaux gemmes au spectroscope est faite dans l’environnement sombre en présence de source lumineuse forte d’intensité comme d’une lampe de poche, lampe de bureau et d’une fibre optique.
On a deux méthodes très utilisées pour les tests :
L’observation des matériaux gemme en lumière transmise et en lumière réfléchie
Figure 3. Test de matériaux gemmes au spectroscope

Refractomètre

On utilise le réfractomètre pour mesurer la valeur de l’indice de réfraction (IR) de matériaux gemmes.
Limite d’ombre Limite d’ombre Echelle
simple «gemme double sombre qui
isotrope » «gemme ne donne pas
anisotrope » de mesure
Figure 4. Refractomètre et résultat de mesure
Pour la mesure de l’indice de réfraction, on met une goutte de liquide de contact (IR doit être plus élevée que des matériaux à observer) sur la table du réfractomètre, et on met au-dessus de la goutte la surface plane de matériaux gemmes facettée.
La source de lumière blanche est placée à l’arrière du réfractomètre ; son faisceau passe au travers d’une lame interférométrique qui sélectionne uniquement la longueur d’onde d’une lampe au sodium (589 nm). Cette lumière monochromatique pénètre dans le prisme, et vient frapper la gemme. Une partie des faisceaux est totalement réfléchie, car celle-ci est située à un angle d’incidence supérieur à l’angle limite ; par contre, les faisceaux dont l’angle d’incidence est inférieur à l’angle limite sont fortement réfractés. Ces faisceaux sont envoyés sur une échelle graduée, sur laquelle on voit clairement la limite entre la zone lumineuse où la réflexion est totale, et la zone plus sombre où la réfraction joue un rôle important. Cette limite fournit une lecture directe de l’indice de réfraction de la gemme. Signalons également que ces réfractomètres sont fournis avec un filtre polarisant, qui se place juste devant l’oculaire.
En appliquant une rotation au filtre, on observe un déplacement de la limite entre les deux zones d’intensité lumineuse différente. Ces deux lectures fournissent ainsi les deux valeurs d’indices de réfraction de l’ellipse de section lorsque la gemme étudiée est anisotrope. L’IR maximale de liquide de contact de l’usage en gemmologie est entre de 1.78 à 1.81. Par mesure de sécurité, il faudrait travailler dans un environnement bien aéré, éviter de respirer les vapeurs du liquide et laver les mains après en avoir utilisé.

Dichroscope

Le pléochroïsme des gemmes peut être observé directement au microscope polarisant. Toutefois, il existe un instrument de poche, capable d’identifier facilement les teintes de pléochroïsme : le dichroscope. La figure observée dans l’oculaire montre deux images de la gemme disposées côte à côte, et polarisées à 90° l’une de l’autre. Cet appareil est utilisé uniquement pour les gemmes colorées car les gemmes de couleur présentent un pléochroïsme. Il permet de distinguer la pierre de différentes natures, de mêmes critères de ressemblance surtout au niveau de la couleur, mais différentes du point de vue pléochroïsme comme le saphir (pléochroïque) et le spinelle (non pléochroïque),
Cette analyse a le même but que le polariscope qui sépare les pierres monoréfringentes et le biréfringentes. Mais, il y a toujours des exceptions, le cas des gemmes biréfringentes de très faible intensité de pléochroïsme comme l’améthyste, amblygonite, Brazillianite, …
Le pléochroïsme a une classification selon l’inténsité :
Monochroïques : toutes les gemmes cubiques ne présentant aucun pléochroisme (monoréfringentes).
Dichroïques : tous les gemmes qui se cristallisent dans le système quadratique, hexagonal, et rhomboédrique
Trichroïque : théoriquement, concerne tous les gemmes cristalisées dans le systéme orthorhombique, monocliniques, triclinique.
(NB :Mais pour le cas des gemmes déjà traitées, on peut dire qu’elle est dichroique).
Voici un exemple de résultat d’observation d’Alexandrite dans le dichroscope
(rouge violet – jaunâtre) (rouge violet- Vert)
Figure 5. Le pléochroïsme d’Alexandrite à la lumiere de jour dans le dichroscope
Pour l’observation de gemme au dichroscope, on met bien la pierre contre la fenêtre d’observation du dichroscope ; on l’observe à partir d’une source lumineuse (fibre optique ou lumière du jour) et on fait l’observation deux par deux en changeant l’axe optique.
tout en tournant la gemme
observée
Figure 6. L’observation de gemme au dichroscope

Appareil de grossissement

Loupe 10X
Figure 7. Loupe 10X
La loupe 10 x est un appareil de grossissement utilisé pour l’observation du caractère externe et interne des gemmes. Elle peut nous aider à déterminer l’identité et le test diagnostic sur la nature, état, traitement, synthèse, etc… d’une telle ou telle pierre. Ce matériel est facile à porter due à sa légèreté et son cout qui n’est cher. Et grâce à cette capacité, les observateurs des gemmes utilisent cet instrument.
Voici quelques principes qu’on doit respecter pour l’observation à la loupe 10x :
Nettoyer d’abord la gemme avant l’observation en utilisant du chiffon à pierre L’observation doit se faire dans un milieu bien éclairé
Se mettre bien à l’aise, éviter tous types de traques, de contacts et bien se concentrer à l’observation.
Laisser ouvert les yeux durant l’observation
Tenir entre les doigts ou dans les brucelles, le spécimen à observer et elle devrait rester fixe par rapport à l’œil
La distance de l’œil et la gemme par rapport à la loupe doit être la même Utiliser la lumière du jour, ou lumière blanche ou lampe abat-jour pour l’observation des caractéristiques externes et de lumière lampe de poche ou incandescence, ou lampe abat-jour pour la partie interne des matériaux gemmes.

INTRODUCTION
Première partie : LES GEMMES ET LEURS TECHNIQUES D’IDENTIFICATION
I. Les Gemmes
I.1. Les différents types des gemmes
I.2. Critère d’évaluation des gemmes
I.3. Appellation
I.4. Les traitements des certaines gemmes à défauts
II. La procédure de l’identification des gemmes facettées
II.1. Observation à l’oeil nu
II.2. Observation aux Matériels d’identification
Deuxième partie : LA CONCEPTION DE L’INTERFACE A L’AIDE DE L’OUTIL MATLAB
I. Présentation du logiciel Matlab
I.1. Matlab
II. Création de l’interface
II.1. Création de texte
II.2. Création de figure et de bouton
II.3. Script de calcul
II.4. Interface de recherche
Troisième partie : LE GUIDE D’UTILISATION DU LOGICIEL DANS LA RECHERCHE D’IDENTITE DES MATERIAUX GEMMES FACETTEES
I. Présentation Generale
II. Guide d’utilisation
II.1. Bouton aide
II.2. Bouton PROGRAMME
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES ET WEBGRAPHIE
ANNEXES