Unité de traitement thermique des pierres gemmes

Rappel sur les gemmes ou pierres précieuses 

Une pierre gemme est une pierre précieuse ou une pierre fine transparente doit posséder les trois caractéristiques suivantes : avoir un aspect agréable, avoir une dureté suffisante et doit être rare. L’aspect: la couleur, l’éclat de la pierre procurent ou non un aspect agréable, d’où sa beauté. La beauté d’une gemme dépend des par les propriétés suivantes : sa couleur, sa transparence, la qualité de sa taille et son «poids». En anglais, on l’appelle règle des «4C : Color, Clarity, Cut et Carat».
La durabilité : les facteurs de durabilité sont : La dureté : c’est la capacité d’un matériau de résister à l’abrasion lorsqu’on tente de le rayer avec la pointe d’une autre substance sans développer de clivage. En règle générale, cette dureté doit être supérieure à celle du verre qui est de six sur l’échelle de Mohs.
La ténacité : c’est la résistance d’un matériau à développer des factures ou des clivages lorsqu’il est soumis à des contraintes mécaniques.
La stabilité : c’est la capacité d’une gemme de résister à des altérations chimiques ou physiques causées par la lumière, la chaleur ou des produits chimique.

Les propriétés optiques des gemmes 

La beauté des gemmes dépend dans une large mesure de leurs propriétés optiques. Les plus importantes de ces propriétés sont l’indice de réfraction et la couleur. Mais il faut citer également l’éclat, la dispersion (décomposition des couleurs prismatiques), le dichroïsme, et la transparence. Cette propriété doit être mise en valeur pas seulement par la taille mais on l’améliore par le traitement thermique.
Lorsque la surface polie d’une pierre est frappée par la lumière, une partie des rayons y pénètre pour les minéral transparents puis sera réfractée c’est-à-dire une autre partie est directement réfléchie par la surface.

La luminescence

La luminescence est un rayonnement produit lorsque certaines substances accumulent un surplus d’énergie et la libèrent en émettant des rayons lumineux qui ne sont pas le résultat d’une incandescence. Le mécanisme produisant cette luminescence est associé aux niveaux d’excitation des atomes dans la substance. L’énergie absorbée permet aux électrons d’atteindre un niveau énergétique plus élevé, et lorsque les électrons retournent leur état normal, le surplus d’énergie est alors libéré sous forme d’ondes électromagnétiques. Dans la perspective quantique, on dit qu’il y a luminescence lorsque le niveau quantique des électrons diminue après avoir subi une augmentation sous l’effet  d’une source excitatrice quelconque.
La luminescence recouvre plusieurs phénomènes qui prennent différentes formes selon l’origine de la source excitatrice. Parmi ces nombreuses formes, c’est la photoluminescence qui présente le plus d’intérêt pour la gemmologie.
Elle s’effectue lorsque certains corps sont soumis à l’influence des rayons ultraviolets, des rayons X, ou simplement des rayons lumineux ordinaires. Dans la photoluminescence, peuvent être classées la fluorescence et la phosphorescence.

Les différents types de traitement des gemmes 

Il existe différentes techniques de modifications qu’on peut appliquer à des pierres précieuses, à savoir : Les traitements traditionnels : le traitement thermique et l’huilage incolore; auparavant travaillé sur les corindons (rubis et saphir) et les émeraudes jusqu’à maintenant .On les appellera, à cause de cela, des traitements « tolérés » faisant partie des usages de la profession. Ils sont tellement enracinés dans les habitudes dites même pratiques et légitimes. Les progrès de la science ont mis en évidence de nombreuses pratiques légitimes visant à cette amélioration afin de augmenter leur valeur.
Les traitements récents, dits spécifiques, par diffusion, bombardement, huilage coloré, remplissage par des résines, résultent des nouvelles techniques d’élaboration. Ils doivent être obligatoirement mentionnés.

Etapes de traitement thermique des gemmes 

Le traitement des gemmes comprend trois étapes essentielles dont la préparation des échantillons puis la phase de cuisson et enfin la phase de refroidissement.
Préparation des échantillons : Les différentes étapes de préparation des échantillons des gemmes avant la phase de cuisson:
Il faut :  trier selon leur nature, leur taille, leur couleur, leur propreté (clarté), etc. nettoyer des échantillons sélectionnés dans l’eau ou de l’acide. Dans certains cas les pierres sont nettoyées en utilisant divers détergents suivis d’un rinçage. préparer les creusets, donner un numéro sur chaque emplacement.
Phase de cuisson des pierres : La plupart des gemmes sont soumis à un traitement thermique avec des produits chimiques.
Les tourmaline, quartz et saphir sont généralement soumis à un traitement thermique avec ou sans addition des flux en utilisant les fours de combustion a gaz (butane et propane) dans une atmosphère contrôlée (utilisation de l’oxygène) ou dans l’air.
Dans cette phase, on doit : Choisir des paramètres de chauffage c’est-à-dire le rapport entre la température et la durée de cuisson.
Pour un four électrique, on choisit la température de fonctionnement et la durée pour chaque étape des processus. La température de démarrage (chauffage) augmente progressivement jusqu’à la température voulue.
Pour un four de combustion à gaz, on actionne manuellement les valves de gaz/oxygène fournissant la chaleur à un intervalle de chauffage spécifique jusqu’à ce que la température de fonctionnement sera atteinte.
Respecter la température de fusion de chaque gemme pour les traitements que change seulement l’aspect. Eviter le changement brusque de température pour qu’il ne présente pas de fissure. Phase de refroidissement : La manière la plus simple de refroidir le four est de couper l’approvisionnement de la chaleur. Le creuset peut être enlevé au-dessous de mi–température d’utilisation. Avec le traitement de tourmaline ou quartz, il peut enlever au dessus de 400°C et les pierres sont retirées du creuset après au moins 15 minutes. Le saphir peut être enlevé à une température de 1000°C.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Première partie : RAPPELSET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I – GENERALITES SUR LES TRAITEMENTS DES GEMMES
I. INTRODUCTION
II. RAPPEL SUR LES GEMMES OU PIERRES PRECIEUSES 
II.1. Propriétés chimiques et physiques]
II. 1. 1. Propriétés chimiques
II.1.2. Propriétés physiques
II. 2. Les propriétés optiques des gemmes
II. 2. 1. Eclat
II. 2. 2. Dispersion
II. 2. 3. Effets particuliers
II. 2. 4. Les caractères optiques
II. 3 La luminescence
II. 3. 1. La fluorescence et la phosphorescence
II. 3. 2. Les sources excitatrices
II. 3. 3. L’appareil d’observation de la fluorescence
III. LES DIFFERENTS TYPES DE TRAITEMENT DES GEMMES 
III.1. Le traitement par chauffage et diffusion
III.2. Le traitement par remplissage des fractures et des cavités
III.3. Le traitement irradiation
III.4. Le traitement par coloration imprégnation
III.5. Enrobage
III.6. Traitement chimique et blanchissement
III.7. Traitement par Laser
III.8. Traitement par la teinture
III.9. Les traitements thermiques
IV. BUTS DES TRAITEMENTS EN GENERALE 
IV. 1. Traitements physiques
IV. 2. Traitements chimiques.
IV. 3. Traitements physiques et chimiques
CHAPITRE II – LE TRAITEMENT THERMIQUE OU TRAITEMENT PAR CHAUFFAGE DES GEMMES
I. GENERALITE
II. ETAPES DE TRAITEMENT THERMIQUE DES GEMMES 
II. 1. Préparation des échantillons
II. 2. Phase de cuisson des pierres
II. 3. Phase de refroidissement
III. BUT DU TRAITEMENT THERMIQUE 
III 1. Amélioration de la couleur
III 2. Amélioration de la clarté ou transparence
III2.1 Par suppression des petits fractures au sein du cristal
III2.2 En dissolvant les microcristaux
III. 3. Amélioration de la résistance
III. 4. Amélioration de l’apparence
III. 5. Autres
IV– DETECTION DES PIERRES TRAITEES PAR CHAUFFAGE 
CONCLUSION 
Deuxième partie : CONCEPTION ET REALISATION DE L’UNITE DE TRAITEMENT
INTRODUCTION 
CHAPITRE I – DESCRIPTION DE L’UNITE DE TRAITEMENT THERMIQUE 
I. DESCRIPTION
I.1 Le four
I.1.1. Un foyer
I.1.2. Système d’évacuation de fumées
I.1.3. les accessoires du four
I.2 Le brûleur
I.2.1. le brûleur aéro-combustible
I.2.2. le brûleur oxy-combustible
I. 2. 3. Phénomène observé à l’intérieur d’un brûleur
I.3. les circuits d’alimentation
I.3.1. Le combustible
I. 3. 2. Le comburant
I. 3. 3 Le détendeur
1. Raccord d’entrée bouteille
2. Manomètre
3. Corps du détendeur
4. Sortie du détendeur
5. Vis de détendeur
Constituant interne du corps de détendeur
I. 3. 4. Le Vanne
I. 3. 5. Les canalisations
I. 4. La combustion
La combustion complète
I. 5. La flamme
I. 5. 1. Caractéristiques des flammes
I. 5. 2. Température théorique de la flamme
I. 5. 3. Structure de la flamme
II. INSTALLATION 
II. 1. Schéma
II. 2. Objectif
II. 3. Avantages
CHAPITRE II – PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DE L’UNITE DE TRAITEMENT THERMIQUE
I. EN UTILISANT LE MELANGE DE BUTANE PROPANE COMMERCIALISE PAR VITOGAZ ET DE L’AIR (AERO – COMBUSTIBLE) MODE OPERATOIRE
I. 1. Courbe de montée de température à l’extérieure du four
I. 2. Courbe de montée de température à l’intérieure du four
II. MODIFICATION APPORTEE SUR LE CIRCUIT
III. EN UTILISANT LE MELANGE DE BUTANE PROPANE COMMERCIALISE PAR VITOGAZ ET DE L’OXYGENE SOUS LA DESIGNATION DE SOAM : (OXY– COMBUSTIBLE)
III. 1. Courbe de montée de température à l’extérieure du four
III. 2. Courbe de montée de température à l’intérieur du four
CHAPITRE III – LES DIFFERENTS FACTEURS DE BASE DE L’UNITE DE TRAITEMENTS THERMIQUES
I – PARAMETRE DE BASE DE L’UNITE DE TRAITEMENT THERMIQUE 
II – ROLE DE LA TEMPERATURE ET DU TEMPS 
CONCLUSION 
Troisième partie : ESSAIS EXPERIMENTAUX
CHAPITRE I – APPLICATION DU TRAITEMENT THERMIQUE SUR LE QUARTZ
I. GENERALITE SUR LE QUARTZ
I.1. Propriété
I.2. Les variétés de quartz
I. 3. Le quartz à inclusions
I. 4. Gisement
I.5 Utilisation
II. METHODE DE TRAITEMENT DE QUARTZ 
II. 1. Le traitement par chauffage du quartz
II. 2. Mode
III. ESSAI
Caractéristiques de l’échantillon avant chauffage
IV. RESULTAT DE L’ESSAI
Caractéristiques après chauffage
V. INTERPRETATION 
CHAPITRE II – APPLICATION SUR LA TOURMALINE
I. GENERALITE SUR LA TOURMALINE
I.1. Propriété
I.2. Variété de tourmaline
I.3. Les inclusions dans la tourmaline
I.4. Gisement de tourmaline
I.5 Utilisation
II. METHODE DE TRAITEMENT DE TOURMALINE
II. 1. Traitement par chauffage des tourmalines
II. 2. Mode
III. ESSAI
1. PREPARATION DE L’ECHANTILLON
LA MEME OPERATION AVEC LES VARIETES DE TOURMALINE
Caractéristiques de l’échantillon avant chauffage
2. CUISSON
IV. RESULTAT DE L’ESSAI 
Caractéristiques de l’échantillon Après chauffage
V. INTERPRETATION DU RESULTAT
CHAPITRE III – APPLICATION DE TRAITEMENT SUR LE SAPHIR
I. GENERALITE SUR LE SAPHIR 
I.1. Propriété
I.2. Les variétés de Saphir
I. 3. Les inclusions dans le saphir
I. 4. Gisement
I.5 Utilisation
II. METHODE DE TRAITEMENT DE SAPHIR 
II. 1. Le traitement par chauffage du saphir
II. 2. Mode
III. ESSAI
IV. RESULTAT DE L’ESSAI
Caractéristiques après chauffage
V. INTERPRETATION
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
Annexes

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