Fluorescence : choisir sa lampe UV

Adamite du Mexique fluorescente sous UV court
Calcite de Calouze (Tarn) fluorescente sous UV court
Opale hyalite du Cézallier fluorescente sous UV court
Scheelite de Pontgibaud fluorescente sous UV court

Que sont les UV (ou ultraviolets) ?

la lumière à laquelle nos yeux répondent est une forme d'énergie qui se déplace par vagues. Nos yeux la voient comme une lumière blanche, mais c'est en fait une combinaison de couleurs spectrales rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet.

La lumière visible est une très petite partie de ce que les scientifiques appellent le spectre électromagnétique, qui comprend également des rayons invisibles à haute énergie comme les rayons gamma et les rayons X et les rayons à faible énergie comme les ondes radio. La lumière visible est proche du milieu du spectre électromagnétique.

Les longueurs d'onde du spectre électromagnétique sont mesurées en nanomètres (nm). Le spectre visible commence à environ 400 nm (violet) et s'étend jusqu'à environ 700 nm (rouge). Nos yeux ne peuvent pas voir les ondes d'énergie en dehors de cette plage. Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie est élevée. Les rayons avec des longueurs d'onde plus courtes et des énergies plus élevées que le violet constituent le rayonnement ultraviolet (UV). Le rayonnement UV s'étend d'environ 200 nm à 400 nm dans le spectre électromagnétique.

Spectre de la lumière visible

Le rayonnement UV est invisible, mais lorsqu'il interagit avec certains minéraux, il émet de la lumière visible. Un terme général pour cette émission de lumière est "luminescence". Les rayons X peuvent également provoquer la luminescence des minéraux, mais ceci ne peut être mis en oeuvre qu'en laboratoire, on parle d'analyse par spectroscopie de fluorescence des rayons X.

Deux types de luminescence qui se produisent dans les minéraux sont la fluorescence et la phosphorescence. La fluorescence dure aussi longtemps que la gemme est stimulée par le rayonnement. Avec la phosphorescence, la pierre continue à devenir fluorescente une fois la source de rayonnement retirée. La fluorescence est beaucoup plus courante que la phosphorescence.

Photo : Quartz à inclusions de pétrole fluorescentes aux UV long (Pakistan).


Pourquoi la fluorescence ?

Fluorescence excitation électrons
Les électrons des éléments de transition comme le cobalt et le chrome absorbent les rayons UV. Lorsque les électrons absorbent de l'énergie, ils se retrouvent dans un état "excité" et ils doivent libérer cette énergie pour revenir à leur état normal. Le plus souvent, ils le transfèrent au cristal sous forme de chaleur. Parfois, cependant, les électrons convertissent une partie de l'énergie en lumière visible, créant une fluorescence. Certains éléments chimiques inhibent la fluorescence. Par exemple, si le fer fait partie de la structure cristalline d’un minéral ou est présent sous forme d’impureté, il réduit la fluorescence ou l’élimine complètement. Certains minéraux dont la teneur en fer est notable sont inertes aux rayons UV comme les grenats orange à rouge, le grenat démantoïde et andradite, le péridot, l'aigue-marine, la iolite, la néphrite ou la citrine. De nombreux rubis thaïlandais ont une teneur élevée en fer, de sorte qu'ils ne sont pas aussi fluorescents que les rubis d'autres régions - comme le Myanmar et le Vietnam - qui contiennent beaucoup moins de fer. Les rubis synthétiques Verneuil ont une teneur en chrome plus élevée que les pierres naturelles et necontiennent presque pas de fer, de sorte qu'ils présentent des réactions extrêmement fortes et lumineuses aux UV. La plupart des émeraudes synthétiques ont une teneur élevée en chrome et en fer, elles présentent donc souvent une lueur rouge similaire à la réaction du rubis synthétique. Mais certaines émeraudes synthétiques hydrothermales produites en Russie contiennent suffisamment de fer pour inhiber la fluorescence, la fluorescence seule ne permet pas systématiquement d'obtenir des conclusions.

Parce que la fluorescence d'un minéral est si étroitement liée à la présence de certains éléments en trace dans sa composition chimique, de nombreux cristaux de la même espèce ou variété présentent des réactions très variables aux rayonnements UV.

Les différents types d'UV

Il existe 3 types de rayonnement UV utilisés pour tester la fluorescence : les ondes longues (368 nm), les ondes moyennes (312 nm) et ondes courtes (254 nm). Les minéraux peuvent réagir ou non, différemment ou non à ces différents types d'UV. Parmi les minéraux fluorescents, certains réagissent aux ondes longues, d'autres aux ondes courtes et d'autres aux deux. La fluorescence peut constituer un outil très intéressant dans l'identification de certaines espèces mais aussi de certains gisements. Les ondes longues et les ondes courtes sont les plus utilisées, les ondes moyennes restent beaucoup plus confidentielles. 
Autunite des Oudots fluorescente sous UV long et court
Fluorine de Madagascar fluorescente sous UV long
Smithsonite de Tsumeb fluorescente sous UV court
Autunite des Oudots fluorescente sous UV long et court

Les différents types de lampes UV

Torche UV
Les torches LED UV Long :

Relativement nouvelle sur le marché et liée au développement des LEDs, ces torches peuvent être très puissantes. Elles sont relativement peu chères et très intéressantes pour débuter et découvrir le monde de la luminescence, en plus d'être compacte et transportable sur le terrain. Leur prix varie en fonction du nombre de LEDs présentes sur la torche, mais aussi de leur qualité de construction (métal ou plastique). Leur longueur d'onde est plus haute que ce qui est préconisée pour l'observation de la fluorescence en minéralogie (390-410 nm).
Lampe UV de philatéliste
Les lampes à tubes UV Long portative de "philatéliste" :

Il existe une très large gamme de lampes à tubes UV long premier prix sont de petites lampes dites "de philatélistes" de 4W, 6W et 8W qui coûtent une dizaine d'euros. Personnellement nous les déconseillons fortement, elles sont très décevantes et ne permettent pas d'observer la fluorescence des minéraux correctement (hormis avec certaines espèces extrêmement fluorescente comme l'autunite).
Lampe à UV court
Les lampes à tubes UV Court portative :

Il existe des lampes à tubes UV court entrée de gamme de 4W, ces lampes sont chères, elles coûtent une centaine d'euros. Nous les déconseillons également, elles sont très décevantes et ne permettent pas d'observer la fluorescence des minéraux correctement (hormis avec certaines espèces extrêmement fluorescente).
Lampe UV professionnelle
Les lampes à tubes UV Long/Moyen/Court sur secteur :

Ces lampes sont qualifiées de "professionnelles" d'une puissance de 10W à 95W, elles permettent d'observer la fluorescence aisément mais aussi de réaliser des photos. Leur prix est très élevé de 250€ à plus de 1500€. Certains modèles proposent même à la fois les UV court et UV long (voire même les UV moyen pour certains modèles haut de gamme). Ces lampes ne sont malheureusement pas transportables du fait de leur poids et de leur fonctionnement sur secteur.

Nos conseils dans le choix d'une lampe UV

La puissance ou le nombre de LEDs : Le paramètre le plus important à regarder lors de l'achat d'une lampe UV est sa puissance en watts (W). Plus une lampe UV est puissance, plus la luminescence sera forte et facilement observable (mais plus son prix sera aussi élevé). D'une manière générale, une lampe à tube de 9W nécessite une utilisation dans l'obscurité afin d'observer la fluorescence, alors qu'à partir de 36W la fluorescence s'observe à la lumière du jour... Pour les torches LEDs le facteur technique déterminant est le nombre de LEDs, plus elles sont nombreuses, plus l'éclairage sera puissant.

La qualité de filtration des UV : Le filtre est une pièce essentielle des lampes UV qui vise à ne laisser passer qu'une seule fréquence d'ondes (254 nm, 312 nm ou 368 nm), leurs épaisseurs est variable. C'est aussi la pièce la plus chère d'une lampe UV. Cependant, sans ce filtre la fluorescence n'est pas observable correctement, voire pas observable du tout. Une lampe équipée d'un bon filtre ne laisse pas l'ampoule visible. Pour les torches LEDs ce critère n'est pas déterminant, le spectre d'émission d'une LED UV étant beaucoup plus restreint que celui d'une ampoule.

Le type d'ondes : le type d'onde reste un choix personnel, l'idéal c'est bien sûr d'avoir à la fois de l'UV court et de l'UV long. L'UV court est plus cher que l'UV long mais réagit aussi d'avantage avec de plus nombreuses espèces minérales. L'UV moyen ne présente pas de réel intérêt et est encore plus cher que l'UV court.

Notre choix

Le choix qui nous paraît le plus judicieux, si vous désirez vous intéresser à la fluorescence et d'opter dans un premier temps pour une torche LED UV long (390-410 nm) pour sa portabilité, sa puissance et son faible prix. Elle permet de vraiment découvrir le monde de la fluorescence de manière simple et franche. Si par la suite vous êtes séduit par le petit monde de la fluorescence, nous vous conseillons alors d'investir dans une lampe à tubes fonctionnant sur secteur UV court + UV long d'au moins 36W (les UV moyens ne présentent pas de réel intérêt à notre sens). Attention sur ces dernières à bien vérifier que la tension d'utilisation soit celle de votre pays (220V pour l'Europe ; 110V pour les USA).

Rappels de sécurité

Attention, même si la fluorescence est ludique, les lampes UV restent dangereuses si elles ne sont pas manipulées avec précaution. Elles ne doivent pas être utilisées sans la surveillance et la responsabilité d'un adulte, ce ne sont pas des jouets. Le rayonnement UV, si il est projeté sur les yeux, peut entraîner une cécité permanente, il est recommandé de porter des lunettes de protection lors de l'utilisation. Il peut aussi entraîner de graves brûlures sur la peau en cas d'exposition prolongée (type coups de soleil).