Contenu
- Qu'est-ce qu'un minéral fluorescent?
- La fluorescence plus en détail
- Combien de minéraux fluorescents à la lumière UV?
- Fluorite: l'original "minéral fluorescent"
- Géodes fluorescentes?
- Lampes pour la visualisation des minéraux fluorescents
- Autres propriétés de luminescence
Minéraux fluorescents: L'une des pièces de musée les plus spectaculaires est une salle sombre remplie de roches fluorescentes et de minéraux éclairés par la lumière ultraviolette. Ils brillent d'une incroyable palette de couleurs vives, contrastant fortement avec la couleur des rochers dans des conditions d'éclairage normal. La lumière ultraviolette active ces minéraux et leur permet d'émettre temporairement une lumière visible de différentes couleurs. Cette émission lumineuse est appelée "fluorescence". La magnifique photo 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.
Clé minérale fluorescente: Cette esquisse est une clé pour les roches et les minéraux fluorescents dans la grande image couleur en haut de cette page. Les minéraux fluorescents contenus dans chaque spécimen sont: 1. Cerussite, Barite - Maroc; 2. Scapolite - Canada; 3. Hardystonite (bleue), Calcite (rouge), Willemite (verte) - 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 (verte), 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. Géode à quartz - Allemagne; 27. Dolomite, minerai de fer - Suède; 28. inconnu; 29. Corindon synthétique; 30. Powellite - Inde; 31. Hyalite (opale) - Hongrie; 32. Vlasovite dans Eudyalite - Canada; 33. Spar Calcite - 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 dans la 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 appelée "fluorescence". Ces minéraux ont la capacité d'absorber temporairement une petite quantité de lumière et un instant plus tard, libèrent une petite quantité de lumière d'une longueur d'onde différente. Ce changement de longueur d'onde provoque un changement de couleur temporaire du minéral dans l'œil d'un observateur humain.
Le changement de couleur des minéraux fluorescents est le plus spectaculaire lorsqu'ils sont éclairés dans l'obscurité par une 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 échantillon est éclairé avec des longueurs d'onde spécifiques. 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 susceptibles au sein de la structure atomique du minéral. Ces électrons excités sautent temporairement vers une orbitale supérieure dans la structure atomique des minéraux. Lorsque ces électrons retombent dans leur orbite d'origine, une petite quantité d'énergie est libérée sous forme de lumière. Cette libération de lumière est appelée fluorescence.
La longueur d'onde de la lumière émise par un minéral fluorescent est souvent nettement différente de la longueur d'onde de la lumière incidente. Cela produit un changement visible de la couleur du minéral. Cette "lueur" se poursuit tant que le minéral est éclairé par une lumière de la longueur d'onde appropriée.
Combien de minéraux fluorescents à la lumière UV?
La plupart des minéraux ne présentent pas de fluorescence notable. Environ 15% seulement des minéraux ont une fluorescence visible pour l'homme, et certains spécimens de ces minéraux ne seront pas fluorescents. 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 de 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 de structure cristalline ou des impuretés organiques.
En plus des impuretés "activatrices", certaines impuretés ont un effet amortisseur sur la fluorescence. Si du fer ou du cuivre sont présents en tant qu’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 plusieurs couleurs de fluorescence. On sait que la calcite fluorescent les couleurs rouge, bleu, blanc, rose, vert et orange. Certains minéraux sont connus pour présenter plusieurs couleurs de fluorescence dans un seul échantillon. Ceux-ci peuvent être des minéraux bagués qui présentent plusieurs stades de croissance à partir de solutions mères avec des compositions changeantes. De nombreux minéraux fluorescent une couleur sous une lumière UV à ondes courtes et une autre couleur sous une lumière UV à ondes longues.
Fluorine: Spécimens de fluorite polis par culbutage sous lumière normale (haut) et sous ultraviolets à ondes courtes (bas). La fluorescence semble être liée à la couleur et à la structure de bandes des minéraux en clair, ce qui pourrait être lié à leur composition chimique.
Fluorite: l'original "minéral fluorescent"
George Gabriel Stokes fut l'un des premiers à observer la fluorescence des minéraux en 1852. Il remarqua que la fluorite pouvait produire une lueur bleue lorsqu'elle était 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 été largement accepté dans les domaines de la minéralogie, de la gemmologie, de la biologie, de l'optique, de l'éclairage commercial et de nombreux autres domaines.
De nombreux spécimens de fluorite ont une fluorescence suffisamment forte pour que l'observateur puisse les sortir à l'extérieur, les tenir à la lumière du soleil, puis les déplacer à l'ombre et observer un changement de couleur. Seuls quelques minéraux ont ce niveau de fluorescence. La fluorite émet généralement une couleur bleu-violet sous une lumière à ondes courtes et à ondes longues. Certains spécimens sont connus pour briller de couleur crème ou blanche. Beaucoup de spécimens ne produisent pas de fluorescence. La fluorescence dans la fluorite serait due à la présence d'activateurs de l'yttrium, de l'europium, du samarium ou d'une matière organique.
Géode Dugway Fluorescent: De nombreuses géodes de Dugway contiennent des minéraux fluorescents et produisent un affichage spectaculaire sous les rayons UV! Spécimen et photos de SpiritRock Shop.
Géodes fluorescentes?
Vous serez peut-être surpris d'apprendre que certaines personnes ont trouvé des géodes contenant des minéraux fluorescents. Certaines des géodes de Dugway, trouvées près de la communauté de Dugway, dans l'Utah, sont bordées de calcédoine qui produit une fluorescence vert lime provoquée par des traces d'uranium.
Les géodes de 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. Puis, 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 ont été transportés sur plusieurs kilomètres jusqu'à l'endroit où ils se sont finalement immobilisés 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 à ultraviolets 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 suffisamment petite pour se glisser facilement dans une poche. En haut à droite se trouve une petite lampe portable à ondes courtes. La lampe en bas produit une lumière à ondes longues et à ondes courtes. Les deux fenêtres sont des filtres en verre épais qui éliminent la lumière visible. La plus grande lampe est suffisamment puissante pour prendre des photos. Des lunettes ou des lunettes de protection anti-UV doivent toujours être portées lorsque vous travaillez avec une lampe UV.
Lampes pour la visualisation des minéraux fluorescents
Les lampes utilisées pour localiser et étudier les minéraux fluorescents sont très différentes des lampes à rayons ultraviolets (appelées "lumières noires") vendues dans les magasins de nouveauté. Les lampes des magasins de nouveauté ne conviennent pas aux études sur les minéraux pour deux raisons: 1) elles émettent des rayons ultraviolets à ondes longues (la plupart des minéraux fluorescents réagissent aux rayons ultraviolets à ondes courtes); et 2) ils émettent une quantité importante de lumière visible qui gêne l'observation précise, mais ne pose pas de problème pour l'utilisation de la nouveauté.
Les lampes de qualité scientifique sont produites dans différentes longueurs d'ondes. Le tableau ci-dessus répertorie les plages de longueurs d'onde les plus souvent utilisées pour les études de minéraux fluorescents et leurs abréviations courantes.
Deux excellents livres d'introduction sur les minéraux fluorescents sont: Collecting Mineral Fluorescent et The World of Fluorescent Minerals, tous deux de Stuart Schneider. Ces livres sont écrits dans un langage facile à comprendre et chacun d’entre eux contient une collection fantastique de photographies couleur montrant des minéraux fluorescents sous une lumière normale et différentes longueurs d’onde de la lumière ultraviolette. Ils sont parfaits pour apprendre sur les minéraux fluorescents et servent de précieux ouvrages de référence.
Autres propriétés de luminescence
La fluorescence est l'une des propriétés de luminescence que peut présenter un minéral. Les autres propriétés de luminescence incluent:
PHOSPHORESCENCEEn fluorescence, les électrons excités par les photons entrants montent à un niveau d'énergie supérieur et y restent une fraction de seconde avant de retomber dans l'état fondamental et d'émettre une lumière fluorescente. En phosphorescence, les électrons restent à l'état orbital à l'état excité plus longtemps avant de chuter. Les minéraux fluorescents cessent de briller lorsque la source de lumière est éteinte. Les minéraux phosphorescents peuvent briller brièvement après la mise hors tension de la source lumineuse. Les minéraux parfois phosphorescents comprennent la calcite, la célestite, la colémanite, la fluorite, la sphalérite et la willémite.
THERMOLUMINESCENCELa thermoluminescence est la capacité d'un minéral à émettre une petite quantité de lumière lorsqu'il est chauffé. Ce chauffage pourrait 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.
TRIBOLUMINESCENCECertains minéraux émettent de la lumière lorsque de l'énergie mécanique leur est appliquée. Ces minéraux brillent quand ils sont frappés, écrasés, égratignés ou brisés. Cette lumière résulte de la rupture des liaisons dans la structure minérale. La quantité de lumière émise est très faible et une observation minutieuse dans le noir est souvent requise. Les minéraux qui présentent parfois une triboluminescence incluent l’amblygonite, la calcite, la fluorite, la lépidolite, la pectolite, le quartz, la sphalérite et certains feldspaths.