Les minéraux

Minéraux fluorescents



Découvrez les minéraux et les roches qui "brillent" sous la lumière ultraviolette


Minéraux fluorescents: L'une des expositions les plus spectaculaires du musée est une pièce sombre remplie de roches fluorescentes et de minéraux illuminés par la lumière ultraviolette. Ils brillent avec une incroyable gamme de couleurs vibrantes - en contraste frappant avec la couleur des roches dans des conditions d'éclairage normal. La lumière ultraviolette active ces minéraux et les fait émettre temporairement de la lumière visible de différentes couleurs. Cette émission de lumière est appelée «fluorescence». La magnifique photographie ci-dessus montre une collection de minéraux fluorescents. Il a été créé par le Dr Hannes Grobe et fait partie de la collection Wikimedia Commons. La photo est utilisée ici sous une licence Creative Commons.

Touche minérale fluorescente: Cette esquisse est la clé des roches et minéraux fluorescents dans la grande image couleur en haut de cette page. Les minéraux fluorescents de chaque échantillon sont: 1. Cérussite, barytine - Maroc; 2. Scapolite - Canada; 3. Hardystonite (bleu), Calcite (rouge), Willemite (vert) - New Jersey; 4. Dolomite - Suède; 5. Adamite - Mexique; 6. Scheelite - localité inconnue; 7. Agate - Utah; 8. Tremolite - New York; 9. Willemite - New Jersey; 10. Dolomite - Suède; 11. Fluorite, Calcite - Suisse; 12. Calcite - Roumanie; 13. Rhyolite - localité inconnue; 14. Dolomite - Suède; 15. Willemite (vert), Calcite (rouge), Franklinite, Rhodonite - New Jersey; 16. Eucryptite - Zimbabwe; 17. Calcite - Allemagne; 18. Calcite dans un nodule septarien - Utah; 19. Fluorite - Angleterre; 20. Calcite - Suède; 21. Calcite, Dolomite - Sardaigne; 22. Dripstones - Turquie; 23. Scheelite - localité inconnue; 24. Aragonite - Sicile; 25. Benitoite - Californie; 26. Quartz Geode - Allemagne; 27. Dolomite, minerai de fer - Suède; 28. Inconnu; 29. Corindon synthétique; 30. Powellite - Inde; 31. Hyalite (opale) - Hongrie; 32. Vlasovite à Eudyalite - Canada; 33. Calcaire d'espar - Mexique; 34. Manganocalcite? - Suède; 35. Clinohydrite, Hardystonite, Willemite, Calcite - New Jersey; 36. Calcite - Suisse; 37. Apatite, Diopside - États-Unis; 38. Dolostone - Suède; 39. Fluorite - Angleterre; 40. Manganocalcite - Pérou; 41. Hémimorphite avec sphalérite à gangue - Allemagne; 42. Inconnu; 43. Inconnu; 44. Inconnu; 45. Dolomite - Suède; 46. ​​Calcédoine - localité inconnue; 47 Willemite, Calcite - New Jersey. Cette image a été produite par le Dr Hannes Grobe et fait partie de la collection Wikimedia Commons. Il est utilisé ici sous une licence Creative Commons.

Qu'est-ce qu'un minéral fluorescent?

Tous les minéraux ont la capacité de réfléchir la lumière. C'est ce qui les rend visibles à l'œil humain. Certains minéraux ont une propriété physique intéressante connue sous le nom de «fluorescence». Ces minéraux ont la capacité d'absorber temporairement une petite quantité de lumière et de libérer instantanément une petite quantité de lumière d'une longueur d'onde différente. Ce changement de longueur d'onde entraîne un changement de couleur temporaire du minéral dans l'œil d'un observateur humain.

Le changement de couleur des minéraux fluorescents est plus spectaculaire lorsqu'ils sont éclairés dans l'obscurité par la lumière ultraviolette (qui n'est pas visible pour l'homme) et qu'ils libèrent de la lumière visible. La photo ci-dessus est un exemple de ce phénomène.

Comment fonctionne la fluorescence: Diagramme qui montre comment les photons et les électrons interagissent pour produire le phénomène de fluorescence.

La fluorescence plus en détail

La fluorescence dans les minéraux se produit lorsqu'un spécimen est illuminé avec des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. La lumière ultraviolette (UV), les rayons X et les rayons cathodiques sont les types de lumière typiques qui déclenchent la fluorescence. Ces types de lumière ont la capacité d'exciter des électrons sensibles au sein de la structure atomique du minéral. Ces électrons excités sautent temporairement vers une orbite plus élevée dans la structure atomique du minéral. Lorsque ces électrons retombent sur leur orbite d'origine, une petite quantité d'énergie est libérée sous forme de lumière. Cette libération de lumière est connue sous le nom de fluorescence. 1

La longueur d'onde de la lumière libérée par un minéral fluorescent est souvent distinctement différente de la longueur d'onde de la lumière incidente. Cela produit un changement visible dans la couleur du minéral. Cette "lueur" continue tant que le minéral est illuminé avec une lumière de la bonne longueur d'onde.

Combien de minéraux fluorescent dans la lumière UV?

La plupart des minéraux n'ont pas de fluorescence notable. Seuls 15% environ des minéraux ont une fluorescence visible par les humains, et certains spécimens de ces minéraux ne fluorescent pas. 2 La fluorescence se produit généralement lorsque des impuretés spécifiques appelées «activateurs» sont présentes dans le minéral. Ces activateurs sont généralement des cations de métaux tels que: le tungstène, le molybdène, le plomb, le bore, le titane, le manganèse, l'uranium et le chrome. Les éléments des terres rares tels que l'europium, le terbium, le dysprosium et l'yttrium sont également connus pour contribuer au phénomène de fluorescence. La fluorescence peut également être causée par des défauts structurels cristallins ou des impuretés organiques.

En plus des impuretés "activatrices", certaines impuretés ont un effet d'amortissement sur la fluorescence. Si du fer ou du cuivre sont présents sous forme d'impuretés, ils peuvent réduire ou éliminer la fluorescence. De plus, si le minéral activateur est présent en grande quantité, cela peut réduire l'effet de fluorescence.

La plupart des minéraux fluorescent une seule couleur. D'autres minéraux ont de multiples couleurs de fluorescence. La calcite est connue pour émettre une fluorescence rouge, bleue, blanche, rose, verte et orange. Certains minéraux sont connus pour présenter plusieurs couleurs de fluorescence dans un seul spécimen. Il peut s'agir de minéraux en bandes qui présentent plusieurs stades de croissance à partir de solutions parentales aux compositions changeantes. De nombreux minéraux fluorescent une couleur sous la lumière UV à ondes courtes et une autre couleur sous la lumière UV à ondes longues.

Fluorine: Échantillons de fluorite polis par culbutage en lumière normale (en haut) et sous lumière ultraviolette à ondes courtes (en bas). La fluorescence semble être liée à la couleur et à la structure des bandes des minéraux en clair, ce qui pourrait être lié à leur composition chimique.

Fluorite: l'original "minéral fluorescent"

George Gabriel Stokes a été l'une des premières personnes à observer la fluorescence dans les minéraux en 1852. Il a noté la capacité de la fluorite à produire une lueur bleue lorsqu'elle est éclairée par une lumière invisible "au-delà de l'extrémité violette du spectre". Il a appelé ce phénomène "fluorescence" après la fluorite minérale. Le nom a gagné une large acceptation dans la minéralogie, la gemmologie, la biologie, l'optique, l'éclairage commercial et de nombreux autres domaines.

De nombreux spécimens de fluorite ont une fluorescence suffisamment forte pour que l'observateur puisse les emmener à l'extérieur, les maintenir au soleil, puis les déplacer dans l'ombre et voir un changement de couleur. Seuls quelques minéraux ont ce niveau de fluorescence. La fluorite brille généralement d'une couleur bleu-violet sous la lumière des ondes courtes et des ondes longues. Certains spécimens sont connus pour briller d'une couleur crème ou blanche. De nombreux spécimens ne sont pas fluorescents. On pense que la fluorescence dans la fluorite est causée par la présence d'activateurs d'yttrium, d'europium, de samarium 3 ou organiques.

Géode fluorescente de Dugway: De nombreuses géodes Dugway contiennent des minéraux fluorescents et produisent un affichage spectaculaire sous la lumière UV! Spécimen et photos par SpiritRock Shop.

Géodes fluorescentes?

Vous pourriez être surpris d'apprendre que certaines personnes ont trouvé des géodes contenant des minéraux fluorescents à l'intérieur. Certaines des géodes de Dugway, trouvées près de la communauté de Dugway, dans l'Utah, sont bordées de calcédoine qui produit une fluorescence vert citron causée par des traces d'uranium.

Les géodes Dugway sont incroyables pour une autre raison. Ils se sont formés il y a plusieurs millions d'années dans les poches de gaz d'un lit de rhyolite. Il y a environ 20 000 ans, ils ont été érodés par l'action des vagues le long du rivage d'un lac glaciaire et transportés sur plusieurs kilomètres jusqu'à l'endroit où ils se sont finalement arrêtés dans les sédiments lacustres. Aujourd'hui, les gens les déterrent et les ajoutent à des collections de géodes et de minéraux fluorescents.

Lampes UV: Trois lampes ultraviolettes de qualité amateur utilisées pour l'observation des minéraux fluorescents. En haut à gauche se trouve une petite lampe de style "lampe de poche" qui produit une lumière UV à ondes longues et est assez petite pour tenir facilement dans une poche. En haut à droite se trouve une petite lampe portable à ondes courtes. La lampe en bas produit de la lumière à ondes longues et à ondes courtes. Les deux fenêtres sont des filtres en verre épais qui éliminent la lumière visible. La lampe plus grande est suffisamment solide pour être utilisée pour prendre des photos. Des lunettes ou des lunettes anti-UV doivent toujours être portées lorsque vous travaillez avec une lampe UV.

Lampes pour visualiser les minéraux fluorescents

Les lampes utilisées pour localiser et étudier les minéraux fluorescents sont très différentes des lampes ultraviolettes (appelées "lumières noires") vendues dans les magasins de fantaisie. Les lampes du magasin de nouveautés ne conviennent pas aux études sur les minéraux pour deux raisons: 1) elles émettent une lumière ultraviolette à ondes longues (la plupart des minéraux fluorescents répondent aux ultraviolets à ondes courtes); et 2) ils émettent une quantité importante de lumière visible qui interfère avec une observation précise, mais n'est pas un problème pour l'utilisation de nouveauté. 5

Gamme de longueurs d'onde ultraviolettes

Longueur d'ondeAbréviations
Ondes courtes100-280nmSWUVC
Midwave280-315nmMWUVB
Onde longue315-400nmLWUVA

Les lampes de qualité scientifique sont produites dans une variété de longueurs d'onde différentes. Le tableau ci-dessus répertorie les gammes de longueurs d'onde les plus utilisées pour les études sur les minéraux fluorescents et leurs abréviations courantes.

Lampes UV 44,99 $
Minéraux fluorescents 19,99 $

Les lampes de qualité scientifique utilisées pour les études minérales ont un filtre qui laisse passer les longueurs d'onde UV mais bloque la plupart de la lumière visible qui gênera l'observation. Ces filtres sont chers et sont en partie responsables du coût élevé des lampes scientifiques.

Nous proposons une lampe UV de 4 watts avec une petite fenêtre de filtre qui convient pour un examen approfondi des minéraux fluorescents. Nous proposons également une petite collection de spécimens minéraux fluorescents à ondes courtes et à ondes longues.

Spodumène fluorescent: Ce spodumène (kunzite de variété gemme) fournit au moins trois leçons importantes en fluorescence minérale. Les trois photos montrent la même dispersion de spécimens. Le haut est en lumière normale, le centre est en ultraviolet à ondes courtes et le bas est en ultraviolet à ondes longues. Leçons: 1) un seul minéral peut être fluorescent de différentes couleurs; 2) la fluorescence peut être de différentes couleurs sous lumière à ondes courtes et à ondes longues; et 3) certains spécimens d'un minéral ne fluorescent pas.

Sécurité des lampes UV

Les longueurs d'onde ultraviolettes de la lumière sont présentes dans la lumière du soleil. Ce sont les longueurs d'onde qui peuvent provoquer des coups de soleil. Les lampes UV produisent les mêmes longueurs d'onde de lumière que les longueurs d'onde UV à ondes courtes qui sont bloquées par la couche d'ozone de l'atmosphère terrestre.

Les petites lampes UV avec seulement quelques watts de puissance sont sûres pour de courtes périodes d'utilisation. L'utilisateur ne doit pas regarder dans la lampe, faire briller la lampe directement sur la peau ou faire briller la lampe vers le visage d'une personne ou d'un animal domestique. Regarder dans la lampe peut provoquer de graves blessures aux yeux. Faire briller une lampe UV sur votre peau peut provoquer des «coups de soleil».

Une protection oculaire doit être portée lors de l'utilisation d'une lampe UV. Des lunettes anti-UV bon marché, des lunettes de sécurité anti-UV ou des lunettes de prescription anti-UV offrent une protection adéquate lors de l'utilisation d'une lampe ultraviolette basse tension pendant de courtes périodes pour l'examen des échantillons.

Les procédures de sécurité des lampes UV utilisées pour les études de minéraux fluorescents ne doivent pas être confondues avec celles fournies avec les "lampes noires" vendues dans les magasins de fête et de fantaisie. Les "Blacklights" émettent un rayonnement UV à ondes longues de faible intensité. Le rayonnement UV à ondes courtes produit par une lampe d'étude des minéraux contient les longueurs d'onde associées aux coups de soleil et aux lésions oculaires. C'est pourquoi les lampes d'étude des minéraux doivent être utilisées avec une protection oculaire et manipulées avec plus de soin que les "lampes noires".

Les lampes UV utilisées pour éclairer les grands écrans minéraux ou utilisées pour les travaux extérieurs sur le terrain ont des tensions beaucoup plus élevées que les petites lampes UV utilisées pour l'examen des échantillons par les étudiants. Portez une protection oculaire et des vêtements couvrant les bras, les jambes, les pieds et les mains lorsque vous utilisez une lampe haute tension. 6

Lampe UV et minéraux: La boutique Geology.com propose une lampe ultraviolette bon marché et une petite collection de minéraux fluorescents. Ceux-ci conviennent à un usage étudiant et la lampe est accompagnée d'une paire de lunettes de sécurité anti-UV.

Utilisations pratiques de la fluorescence des minéraux et des roches

La fluorescence a des utilisations pratiques dans les mines, la gemmologie, la pétrologie et la minéralogie. La scheelite minérale, un minerai de tungstène, a généralement une fluorescence bleu vif. Les géologues qui recherchent de la scheelite et d'autres minéraux fluorescents les recherchent parfois la nuit avec des lampes ultraviolettes.

Les géologues de l'industrie pétrolière et gazière examinent parfois les déblais de forage et les carottes avec des lampes UV. De petites quantités d'huile dans les espaces poreux de la roche et des grains minéraux tachés par le pétrole seront fluorescentes sous un éclairage UV. La couleur de la fluorescence peut indiquer la maturité thermique de l'huile, des couleurs plus foncées indiquant des huiles plus lourdes et des couleurs plus claires indiquant des huiles plus légères.

Les lampes fluorescentes peuvent être utilisées dans les mines souterraines pour identifier et tracer les roches minéralisées. Ils ont également été utilisés sur les lignes de cueillette pour repérer rapidement les précieux morceaux de minerai et les séparer des déchets.

De nombreuses pierres précieuses sont parfois fluorescentes, notamment le rubis, la kunzite, le diamant et l'opale. Cette propriété peut parfois être utilisée pour repérer de petites pierres dans les sédiments ou le minerai concassé. Cela peut aussi être un moyen d'associer des pierres à une localité minière. Par exemple: des diamants jaune clair à forte fluorescence bleue sont produits par la première mine sud-africaine, et des pierres incolores à forte fluorescence bleue sont produites par la mine sud-africaine Jagersfontein. Les pierres de ces mines sont surnommées «Premiers ministres» et «Jagers».

Au début des années 1900, de nombreux diamantaires cherchaient des pierres à forte fluorescence bleue. Ils croyaient que ces pierres sembleraient plus incolores (moins jaunes) lorsqu'elles étaient vues à la lumière avec une forte teneur en ultraviolets. Cela a finalement abouti à des conditions d'éclairage contrôlées pour les diamants de couleur. 7

La fluorescence n'est pas couramment utilisée dans l'identification des minéraux. La plupart des minéraux ne sont pas fluorescents et la propriété est imprévisible. La calcite en est un bon exemple. Certaines calcites ne fluorescent pas. Les spécimens de calcite qui fluorescent brillent dans une variété de couleurs, y compris le rouge, le bleu, le blanc, le rose, le vert et l'orange. La fluorescence est rarement une propriété diagnostique.

Jaspe océan fluorescent: Cette image montre des morceaux de jaspe océanique sous une lumière normale (en haut), un ultraviolet à ondes longues (au centre) et un ultraviolet à ondes courtes (en bas). Il montre comment les matériaux réagissent aux différents types de lumière. Spécimens et photos par RockTumbler.com, un site partenaire de Geology.com.

Livres sur les minéraux fluorescents

Deux excellents livres d'introduction sur les minéraux fluorescents sont: Collecting Fluorescent Minerals et The World of Fluorescent Minerals, tous deux de Stuart Schneider. Ces livres sont écrits dans un langage facile à comprendre, et chacun d'eux possède une fantastique collection de photographies en couleur montrant des minéraux fluorescents sous une lumière normale et différentes longueurs d'onde de la lumière ultraviolette. Ils sont parfaits pour en apprendre davantage sur les minéraux fluorescents et servent de précieux ouvrages de référence.

Références minérales fluorescentes
1 Concepts de base en fluorescence: Michael W. Davidson et autres, Optical Microscopy Primer, Florida State University, consulté pour la dernière fois en octobre 2016.
2 Fluorescent Minerals: James O. Hamblen, un site Web sur les minéraux fluorescents, Georgia Tech, 2003.
3 Le monde des minéraux fluorescents, Stuart Schneider, Schiffer Publishing Ltd., 2006.
4 Page Dugway Geodes sur le site Web de la boutique SpiritRock, consultée pour la dernière fois en mai 2017.
5 Collecting Fluorescent Minerals, Stuart Schneider, Schiffer Publishing Ltd., 2004.
6 Ultraviolet Light Safety: Connecticut High School Science Safety, Connecticut State Department of Education, consulté pour la dernière fois en octobre 2016.
7 Contribution à la compréhension de l'effet de la fluorescence bleue sur l'apparence des diamants: Thomas M. Moses et al., Gems and Gemology, Gemological Institute of America, hiver 1997.

Autres propriétés de luminescence

La fluorescence est l'une des nombreuses propriétés de luminescence qu'un minéral peut présenter. Les autres propriétés de luminescence comprennent:

PHOSPHORESCENCE

En fluorescence, les électrons excités par les photons entrants montent à un niveau d'énergie plus élevé et y restent pendant une infime fraction de seconde avant de retomber à l'état fondamental et d'émettre de la lumière fluorescente. En phosphorescence, les électrons restent dans l'état excité orbital pendant une plus grande période de temps avant de tomber. Les minéraux avec fluorescence cessent de briller lorsque la source de lumière est éteinte. Les minéraux avec phosphorescence peuvent briller pendant un bref instant après que la source de lumière est éteinte. Les minéraux parfois phosphorescents comprennent la calcite, la célestite, la colémanite, la fluorite, la sphalérite et la willémite.

THERMOLUMINESCENCE

La thermoluminescence est la capacité d'un minéral à émettre une petite quantité de lumière lorsqu'il est chauffé. Ce chauffage peut atteindre des températures aussi basses que 50 à 200 degrés Celsius - beaucoup plus basses que la température d'incandescence. L'apatite, la calcite, le chlorophane, la fluorite, la lépidolite, la scapolite et certains feldspaths sont parfois thermoluminescents.

TRIBOLUMINESCENCE

Certains minéraux émettront de la lumière lorsque de l'énergie mécanique leur sera appliquée. Ces minéraux brillent lorsqu'ils sont frappés, écrasés, rayés ou cassés. Cette lumière est le résultat de la rupture des liaisons au sein de la structure minérale. La quantité de lumière émise est très faible et une observation attentive dans l'obscurité est souvent requise. Les minéraux qui présentent parfois une triboluminescence comprennent l'amblygonite, la calcite, la fluorite, la lépidolite, la pectolite, le quartz, la sphalérite et certains feldspaths.