Luminescence et minéraux

LA LUMINESCENCE DES MINÉRAUX

(essai de terminologie)

Friedrich Mohs (1773-1839) étudie en 1824 la thermoluminescence de la fluorine. Il nomme fluorescence cette propriété, nous verrons que ce terme s'applique aujourd'hui à un autre phénomène également lié à la luminescence. Vers la même époque on savait que certains " spaths translucides " n'ont pas la même couleur, selon qu'ils sont éclairés par incidence ou par transparence. Un précurseur, Vicenzo Cascariolo, maître cordonnier - alchimiste de Bologne, avait découvert dès 1630 la thermoluminescence, en chauffant les agrégats sphériques de barytine (barite) qu'il ramassait aux alentours de sa ville.

Luminescence: Émission de lumière, lorsque cette émission n'est pas liée à l'incandescence, mais à certaines excitations mécaniques, thermiques, électromagnétiques. La plupart des phénomènes de luminescence seront observés dans l'obscurité.
La luminescence est la transformation d’un type d’énergie (mécanique, chimique, thermique ou rayonnement invisible) en énergie lumineuse pour certaines espèces.

• Il y a trois types de luminescence :
  • la triboluminescence.
  • la thermoluminescence.
  • la photoluminescence :
    • fluorescence.
    • phosphorescence.

Triboluminescence

Émission de lumière produite par un choc mécanique, liée à un phénomène de frottement, de choc, par exemple écrasement sous le marteau, attaque à l'aiguille, …

Thermoluminescence

Émission de lumière produite par un apport thermique, se produisant lorsque l'on chauffe l'échantillon, sans toutefois le porter au rouge.

Photoluminescence

La photoluminescence en réaction à un rayonnement : - fluorescence : la luminescence ne dure que le temps d’exposition; - phosphorescence : la luminescence dure après le temps d’exposition.

Luminescence provoquée par une source émettant dans les longueurs d'ondes du visible, que cette luminescence soit provoquée :

•par l'éclairage solaire (héliosluminescence de fluorites de quelques gîtes auvergnats);
•par la direction selon laquelle la lumière atteint et traverse l'échantillon (fluorites du Cumberland, où cette particularité s'observe sous éclairage transmis);
•par la qualité de la lumière (cas de certaines monazites, si leur couleur varie très peu lorsqu'elles reçoivent un éclairage solaire ou incandescent, elles sont alors roses ou brunes, la couleur n'est plus du tout la même lorsqu'on les soumet à un éclairage fluorescent, elles sont alors d'un blanc légèrement verdâtre difficilement discernable sur du quartz laiteux)/

La composition spectrale de la lumière réémise est différente de celle de la lumière reçue.

Fluorescence

Émission lumineuse d'un échantillon exposé à une source spécifique (rayonnement électromagnétique) rayons X, cathodiques, U.V.C., U.V.L., etc. La lumière réémise est de plus grande longueur d'onde que celle reçue (loi de Stokes).Voir aussi à : http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sensibilit%C3%A9_des_min%C3%A9raux#Sensibilt.C3.A9_des_min.C3.A9raux

Phosphorescence

Émission lumineuse d'un échantillon, lorsque elle se prolonge après l'arrêt de la source ayant provoqué la fluorescence.

Applications pratiques

• dans l'éclairage des locaux :
  • Incandescence : luminescence émise par un corps porté au rouge et au-delà du rouge, utilisé dans les ampoules à éclairage incandescent.
  • Fluorescence : certains gaz très raréfiés deviennent fluorescents sous l'effet des décharges électriques (tubes et lampes fluorescentes), comme le néon.

• en imagerie médicale ou industrielle :
  • Fluorescence : soumis à un rayonnement X, le platinocyanure de baryum émet une luminescence jaune - vert (radioscopie)

On le voit, les phénomènes de luminescence correspondent un état excité de la matière...

(Cette petite contribution, faisait suite et complétait " La fluorite ", texte écrit en 1993 et publié dans le Bulletin du Club de Minéralogie de Chamonix, du Mont-Blanc et des Alpes du Nord ; n° 48, novembre 1997).

Rayonnement(s)

Avant-propos

Quelques mots sur les rayonnements responsables de certaines des luminescences que nous venons d'évoquer.

Définition

Un rayonnement est une propagation d'énergie sous forme de :

• particules = rayonnement corpusculaire ; ou de :

• vibrations = rayonnement thermique, acoustique, électromagnétique.

Types

Les propriétés d'un rayonnement électromagnétique, dépendent grandement de sa longueur d'onde ; c'est pourquoi, chacun des domaines du spectre électromagnétique porte un nom particulier :

•au-delà d'une longueur d'onde de 0,3 mm (énergie inférieure à 0,04 eV) = ondes hertziennes ;

•de 0,3 mm à 0,8 μm (1,5 eV) = rayons infrarouges ;

•de 0,8 μm à 0,4 μm (3 eV) = rayonnement lumineux visible (du rouge au violet) ;

•en-deçà de 0,4μm et jusqu'à 10^-10 (100 eV) = rayons ultraviolets ;

•de 10^-8 à 2.10^-11 = rayons X ;

•en-deça de 2.10^-11 = rayons γ.

Note : infrarouge, visible et ultraviolet constituent les ondes lumineuses.

Infrarouges

Les rayons infrarouges trouvent des applications en chauffage et en vision nocturne.

Ultra-violets

Soumis à des rayonnement ultraviolets certains minéraux, suivant la longueur d'ondes émise, peuvent, généralement grâce à des " dopants " inclus à l'état de traces, réagir diversement : une partie du rayonnement pouvant être réémise sous forme de rayonnement visible. Les rayons ultraviolets trouvent des usages en photographie et en désinfection… Voir aussi à : http://www.geowiki.fr/index.php?title=Sensibilit%C3%A9_des_min%C3%A9raux#Sensibilt.C3.A9_des_min.C3.A9raux

UVLongs

Ultraviolets longs

UVCourts

Utraviolets courts

Rayons X

Les rayons X sont absorbés par les éléments de numéro atomique élevé, propriété qui permet de les utiliser pour examiner des organes internes (radiographie) ou pour détecter des défauts dans des pièces métalliques ; leur forte énergie permet de les utiliser pour détruire des tumeurs (radiothérapie)… Leur faible longueur d'onde entraîne leur diffraction par les cristaux.

RX mous

Utilisés en dermatologie et radiologie.

RX durs

Utlisés en radiothérapie et diffraction cristalline.

Rayons γ (gamma)

Encore plus pénétrants que les rayons X, seules de fortes épaisseur de béton ou de plomb les arrêtent. Ils trouvent des usages en physique nucléaire…

Rayonnemnt thermique

Le rayonnement thermique, responsable de la thermoluminescence, est une forme particulière de rayonnement électromagnétique qui découle de l'agitation thermique des particules qui constituent la matière.

Iridescence, labradorescence, opalescence

Ces phénomènes ne sont pas liés à une excitation, mais à la réfractation des rayons lumineux découlant de la disposition intime des composants de divers minéraux. Le phénomène porte le nom générique d'iridescence.

Qualificatif : irisdescent, qui a des reflets irisés.

Substantif : irisation, séparation à la surface d'un corps, d'un objet, des couleurs constitutives de la lumière blanche ; les reflets produits présentent les couleurs de l'arc-en-ciel.

Verbe : iriser, donner - prendre les couleurs de l'arc-en-ciel.

Oxyde de fer irisé.

• Iridescent, iridescence : changement de couleur selon l'angle d'observation.

Iridescence de chalcopyrite (Tarn).

• Labradorescent, labradorescence : changement de couleur selon l'angle d'observation comme la labradorite.

Labradorite polie. Madagascar.

• Opalescent, opalescence : changement de couleur selon l'angle d'observation comme l'opale.

Opale d'Australie.

(Voici, pour enrichir un peu ce sujet, une petite note tirée d'un article à paraître prochainement dans le Bulletin du Club de Minéralogie de Chamonix, du Mont-Blanc et des Alpes du Nord ; cet article traite plus particulièrement de la perception des couleurs…) :

" Lorsque l’objet observé est éclairé par une autre source lumineuse que celle du soleil, sa couleur pourra nous paraître différente. En effet, chaque source lumineuse a son propre spectre d’émission, qui ne peut contenir que quelques longueurs d’onde, contrairement au soleil dont le spectre couvre tout le domaine de la lumière visible et dont l’intensité maximale est située dans le jaune. Un objet bleu, éclairé par une lampe à vapeur de sodium – lumière jaune utilisée par certains éclairages publics, apparaîtra noir…"

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