La Spectroscopie Raman en Gemmologie | FR

Cette technique emploie l’effet secondaire de la diffusion de la lumière dans les milieux transparents comme par exemple les pierres précieuses.
Un solide transparent, éclairé en lumière monochromatique de fréquence définie émet, outre la radiation excitatrice, deux ensembles de radiations de fréquences déterminées respectivement plus grandes et plus petites. Les différences de fréquences entre ces différentes raies sont indépendantes de la radiation excitatrice, indépendantes de la température et caractéristiques de l’objet étudié. Le spectre Raman ainsi créé dépend de la nature des atomes qui constituent la molécule (par exemple une inclusion typique d’une pierre précieuse), de leur agencement et de la nature des liaisons entre atomes. Cette étude fournit ainsi des renseignements précieux concernant la structure des molécules.
 
L’obtention des spectres Raman nécessite l’emploi d’un spectroscope électronique très dispersif. L’emploi du rayon Laser a permis d’augmenter la performance de l’effet.
Le Laser (Light activation by stimulated emission of radiations) est une création de lumière par stimulation des émissions ; c’est une source lumineuse pouvant produire des éclairs intenses de lumière cohérente. Les premiers Laser étaient à rubis. Un bâtonnet de rubis synthétique argenté à ses extrémités, il fut remplacé par le Laser à YAG (Yttrium Aluminate Garnet, aussi employé comme imitation du diamant dans les « golden sixties » juste avant l’apparition du CZ).
 
L’effet Raman est donc observé lorsque le rayon-laser illumine l’inclusion dans la pierre précieuse. Une très faible proportion de la lumière diffusée est alors décalée en fréquence alors que les atomes consistant la matière observée vibrent. L’analyse de cette lumière diffusée révèle un ensemble de raies caractéristiques de la composition de l’inclusion examinée soit le spectre Raman. Ce spectre de lumière renseigne sur la composition chimique ainsi que sur la structure du matériau. Couplée à un microscope optique cette technique permet de viser et d’identifier des particules ou des inclusions aussi fines que 1 micron (5 microns est le diamètre d’une coupe d’un cheveu).
 
Dans la microsonde moléculaire à laser, le faisceau de photons est généré par le rayon-laser et est utilisé pour exciter l’inclusion de la pierre précieuse, la lumière diffusée par l’effet Raman servira à identifier les différents constituants polyatomiques présents dans l’inclusion et ce à partir de leurs spectres de vibrations moléculaires typiques.
 
En 1977 l’effet Raman fut appliqué pour la première fois par l’équipe de H.J. Schubnel, P.Dhamelindourt et Madama M.L. Dele-Dubois les premiers résultats parurent dans la revue de l’A.F.G.
Depuis le principe est employé par tous les grands laboratoires de Gemmologie, il est devenu un outil indispensable face aux nouvelles synthèses des pierres précieuses.
Le diamant qui a longtemps été épargné des manipulations et synthèse se trouve actuellement confronté au même phénomène que les rubis, émeraudes et saphirs. Les techniques de HPHT(haute pression, haute température) font frémir les diamantaires.
 
Ajoutons le phénomène (espérons passager) des diamants de « conflits » où l’origine pourrait être déterminée grâce au principe Raman. Ce qui pourrait balayer définitivement cette saga hors de notre secteur. Un certificat d’origine émis par le pays producteur ainsi qu’une prise d’échantillons pour l’analyse par spectroscopie Raman pourraient déterminer l’origine des pierres. L’étude des inclusions dans les diamants bruts confirmerait la véracité des certificats d’origine.
 
La spectroscopie Raman apparaît maintenant comme un outil indispensable pour l’analyse des minéraux et des gemmes. La technique offre de nombreux avantages pour le gemmologue : non destructive, pas de préparation d’échantillons, rapidité (quelques secondes suffisent pour l’acquisition du spectre) et surtout facilité d’utilisation.
 
Le spectroscope à effet Raman de laboratoire est constitué d’une ou de plusieurs sources laser, d’un microscope optique, d’un spectromètre pour l’analyse de la lumière et d’une chaîne de détection. Une informatique PC permet le pilotage des divers éléments du système et le traitement des données.
 
L’interprétation des données spectrales est grandement facilitée grâce à une bibliothèque informatique de référence. Non seulement la nature de la pierre peut être déterminée mais aussi les manipulations telles que les remplissages des fissures dans les émeraudes ou diamants, ainsi que le type polymère ou résine employés. Récemment, la spectroscopie Raman a été utilisée avec succès pour distinguer des diamants issus de nouveaux traitements.
 
Ce qui était un appareil volumineux (remplissant une chambre, dans la pénombre, d’environ 10m sur 10) et surtout exorbitant (seulement accessible pour des universités ou des multinationales) est devenu plus compact, l’appareil de Renishaw a la grandeur d’une grosse valise et le prix a lui aussi fortement diminué mais il reste malgré tout encore inabordable pour le bijoutier.
 
Eddy Vleeschdrager
 
 
Back to overview