SPECTROMÉTRIQUE à la portée de tous | FR

La spectroscopie est une technique permettant de mesurer la lumière transmise ou absorbée par une substance dans la région UV (Ultra-Violet), Vis (visuel ou visible) et NIR (proche infrarouge). L'œil humain ne voit que dans la petite zone « visible ». Les mesures spectroscopiques sont utilisées dans de nombreuses applications différentes, en physique et en chimie, telles que l'observation des composants chimiques qui déterminent la couleur des pierres précieuses.

Avec les nouveaux développements dans le domaine de la fibre optique et la miniaturisation des composants optiques et des détecteurs, les techniques spectroscopiques ont beaucoup évolué dans un laps de temps relativement court : les spectromètres deviennent de plus en plus petits et moins chers.
 
Grâce à un logiciel puissant, il est relativement facile de comparer les valeurs mesurées avec les spectres existants. Tout se passe à une vitesse telle que nous pouvons parler d'une spectrométrie en ligne avec les mêmes performances que les appareils plus gros et plus chers du marché qui sont utilisés dans les grands laboratoires et les universités. Les systèmes existants sont pratiques et peuvent être installés sur un ordinateur portable.
 
Les gemmologues ont toujours utilisé le spectroscope à main classique, autrefois même avec un flacon rempli de sulfate de cuivre dissous dans l'eau pour mieux visualiser certaines observations. Entre-temps, ce flacon a été remplacé par des filtres colorés, et bien que le spectroscope à main soit toujours utilisé, le spectromètre électronique gagne progressivement du terrain.
 
Les spectromètres UV-Vis-NIR se sont révélés indispensables en gemmologie pour l'interprétation correcte du spectre ; quelque chose qui est très difficile avec un spectroscope à main. Spectroscope à main largement utilisé par les gemmologues (devenu un outil indispensable) et par les écoles de gemmologie. Celui-ci consiste en tube, à l'intérieur du tube se trouvent une lentille ainsi qu'une série de trois ou cinq prismes accolés et constitués de deux types de verre différents qui s'alternent afin que le rayon de lumière traversant la structure soit le plus droit possible.
 
Les prismes ne doivent en aucun cas absorber de la lumière et ne doivent pas être biréfringents (La biréfringence est la propriété physique d'un matériau dans lequel la lumière se propage de façon anisotrope). Dans un milieu biréfringent, l’indice de réfraction n'est pas unique, il dépend de la direction de polarisation de l'onde lumineuse.
 
On obtient un spectre grâce à un réseau de diffraction constitué d'une fine plaquette sur laquelle ont été gravées de minuscules fentes parallèles. Lorsque la lumière incidente vient frapper cette plaquette, elle est diffractée. On observe également un « arc-en-ciel. » Le réseau de diffraction est placé à l'intérieur d'un tube faisant diaphragme. À une extrémité se trouve l'oculaire par laquelle l'observateur regarde le spectre ; à l'autre extrémité, une fente.
 
L’observateur remarquera des lignes distinctes à différents endroits dans le spectre allant du rouge au bleu en passant par le jaune et le vert. Il pourra comparer les résultats avec les publications abondantes sur le sujet. Le prix varie entre 30 et 800€.
 
Le spectromètre à sphère intégrée est devenu indispensables dans les laboratoires d'aujourd'hui. La miniaturisation l'a rendu accessible à un public plus large. Il se compose de deux composants : une sphère intégrée avec une lampe UV et halogène et un spectroscope électronique. L'élément optique de plusieurs centimètres permet une résolution de 0,5 à 10 nm environ, selon le choix des composants. L'appareil se compose de miroirs concaves, d'un réseau de diffraction similaire à la surface d'un CD et d'un capteur à matrice CCD de 1024 éléments. Les éléments sont très robustes. De plus, l'absence d'éléments mobiles ne nécessite plus d'étalonnage.
 
Ce sont ces spécifications qui rendent ce spectromètre extrêmement polyvalent pour les applications industrielles et gemmologiques. Le spectrophotomètre UV-Vis-NIR avec sphère intégrée a une grande flexibilité dans l'utilisation de la gamme de longueurs d'onde et des résolutions spectrales.
 
La sensibilité est obtenue grâce à la possibilité de choisir une sélection de diffraction ; la fibre optique permet généralement de fonctionner entre 360 et 1100 nm avec une largeur maximale par exemple de 500 nm. De plus, une résolution de 0,5 nm peut être obtenue par une sélection rigoureuse du spectre et de la fibre optique.
 
Le spectromètre "capture" le spectre de la pierre précieuse dans la sphère éclairée, via un câble à fibre optique, à travers lequel la lumière est ensuite enregistrée à travers le réseau de diffraction par les capteurs CCD. Le développement numérique s'effectue grâce à l'ordinateur et au logiciel du spectromètre. Cet outil permet également de mémoriser les résultats qui serviront de référence ultérieurement. L'ensemble sans l'ordinateur est naturellement plus cher qu'un spectroscope à main de bonne qualité, mais…
 
Il permet d'identifier les diamants traités, irradiés, mais aussi de type Ia et Ib (diamants naturels et synthétiques). Et d'autres pierres précieuses - généralement celles de couleur - sont souvent caractérisées par leurs spectres spécifiques. Les imitations, manipulations et les synthèses sont vite découvertes. Plusieurs marques sont disponibles sur le marché, notamment Avantes, Ocean Optics et Magilab (le plus utilisé par les gemmologues). Ce dernier dispose d'une base de données très pratique. La plupart sont portable, mais les grands laboratoires utilisent des spectrophotomètres plus puissant et scientifiquement plus précis.
 
Pour mesurer de 200 à 300 nm il faut une lampe au deutérium car la lampe halogène n’est plus utilisable. Il faut prévoir entre 5.000 et 8.000€ pour cette gamme de spectroscopes (le prix des spectroscopes scientifiques varie entre 70 et 80.000€), il y a une alternative qui utilise un smartphone comme Goyalab ou Gospectro d’une valeur d’environ 400€.

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