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L'effet USAMBARA
Un aperçu de sa nature...

Un article trè s bien fait de la norvégienne, Elise A. Skalwold, Accredited Senior Gemologist, Independent Researcher, Educator, Author, and Photographer.

Traduction intégrale en français de la page :

http://www.nordskip.com/usambara.html

par JJ Chevallier

Septembre 2019

Cristaux de tourmaline superposés démontrant l’effet Usambara. Dravites calcaires contenant du chrome et du vanadium de la vallée d'Umba en Tanzanie.
Photo fournie par Asbjørn Halvorsen

Au début des années 1990, dans la région reculée de Nchongo, dans la vallée d'Umba, à l'ombre des spectaculaires montagnes d'Usambara en Tanzanie, le géologue norvégien Asbjørn Halvorsen a trouvé une magnifique tourmaline verte chromifère qui présentait un remarquable effet de changement de couleur.

En 1997, en collaboration avec Brenda Jensen du Musée minéralogique d’Oslo, le premier article paraissant caractériser ce phénomène, a été baptisé "effet Usambara" (UE). Ce travail a attiré l'attention du Dr Kurt Nassau, auteur de « The Physics and Chemistry of Colour », qui a apporté de nouvelles informations sur le phénomène et inclus leurs travaux dans la dernière édition de son livre. Asbjørn explore ensuite la nature de l’effet Usambara ainsi que les interactions complexes qui contribuent au phénomène de changement de couleur.

Historiquement, la région de la vallée d'Umba en Tanzanie a produit certaines des pierres gemmes les plus extraordinaires découvertes à ce jour. La géologie unique de la région a conduit à des concentrations relativement élevées d'éléments de transition, le chrome et le vanadium, auxquelles les gemmes doivent en partie leurs propriétés optiques rares et fascinantes, notamment leur couleur et des phénomènes extraordinaires - non seulement le

chrysobéryle à alexandrite mieux connu, mais également la couleur changeante des grenats, des tourmalines et des saphirs. Ainsi, bien qu’il ne soit pas surprenant qu’une tourmaline chromifère de la région montre un changement de couleur spectaculaire, la nature de cette tourmaline était tout à fait nouvelle. Asbjørn Halvorsen a partagé avec moi des idées que certains suivent ci-dessous dans ce bref aperçu de l'effet Usambara.

L’effet Usambara décrit un changement de couleur dépendant non pas du type d’éclairage (comme dans le cas de l’effet alexandrite), mais plutôt d’un changement de longueur de trajet de la lumière à travers le matériau de la pierre précieuse dans une seule orientation. Comme pour l'effet alexandrite, il existe un équilibre approximatif des longueurs d'onde transmises dans les zones rouges et vertes du spectre visible atteignant les yeux. Les minéraux de ce type auraient des spectres de transmission dichromatiques. Dans l'effet alexandrite, c’est le type d'éclairage qui fait pencher la balance ; si l'éclairage est plus fort dans les longueurs d'ondes rouges comme dans la lumière des bougies, le rouge devient la couleur perçue. À la lumière du jour, plus intense dans les longueurs d'onde vertes auxquelles l'œil est beaucoup plus sensible, la couleur perçue est le vert (voir courbes spectrales ).

 

Les tourmalines chromifères Nchongo sont un vert verdoyant à la fois dans la lumière transmise et réfléchie. Une fois que l'épaisseur du minéral atteint un point critique, dépendant de la concentration des éléments en chrome et en vanadium, la couleur perçue de la lumière transmise passe soudainement au rouge (voir les courbes de transmission ). Cela se produit en observant le rayonnement ordinaire ou le rayonnement extraordinaire à peu près à la même épaisseur.

"Une condition cruciale en ce qui concerne l'effet Usambara est que l'augmentation de l'absorption soit plus élevée pour les fréquences élevées que pour les fréquences basses (rappelez-vous: une fréquence plus élevée signifie une longueur d'onde de lumière visible plus courte) . Avec une longueur de trajet accrue, l'intensité de la transmission rouge augmente par rapport à l’intensité du vert, ce qui fait que l’équilibre entre les transmissions vertes et rouges est décalé vers le rouge, ce qui peut être observé comme relativement soudain (Halvorsen, 2006). " Le cristal rugueux et inégal de la photo de droite l'illustre de manière spectaculaire.

Tourmaline chromifère en lumière transmise.
Notez le changement brusque en marquage rouge
le point critique de changement d'épaisseur.
Photo: Jan Kihle à l'Institute for Energy Technology
avec la permission de Asbjørn Halvorsen

Lumière transmise à travers des couches de feuilles vertes et un fragment de cristal de tourmaline UE d'un vert profond.
Photo fournie par Asbjørn Halvorsen

Un effet fascinant de l'effet Usambara chez les tourmalines concerne la chlorophylle, le pigment que l'on trouve dans les plantes. Une solution de chlorophylle apparaîtra verte dans la lumière transmise jusqu'à une profondeur critique où elle deviendra rouge (dans l'image ci-dessous, les profondeurs sont 5 mm vert et 15 mm rouge). Plusieurs couches de feuilles vertes agiront efficacement en tant que filtre de couleur et produiront le même effet dans la tourmaline verte profonde de l'UE lorsqu'elle est éclairée par le bas avec une lumière à fibre optique, comme le montre la photo à gauche.

Solution de chlorophylle
Photo fournie par Asbjørn Halvorsen

La longueur du trajet ne concerne pas seulement l'épaisseur de la gemme, mais peut également être impliquée dans les éclats rouges observés dans les tourmalines chromifères. Lorsque la lumière pénètre dans une pierre à facettes, certains rayons peuvent fuir par le fond, mais si les angles des facettes sont corrects, la plupart d'entre eux rebondiront intérieurement d'une facette à l'autre pour finalement sortir de la table et atteindre l'œil. Cette réflexion interne est une augmentation effective de la longueur du trajet et peut expliquer l’observation de ces éclats rouges.

De plus, une autre observation découlant de l'étude des tourmalines de l'UE est celle de la "dispersion modifiée par absorption". La dispersion est le "feu", ou les petites lueurs de couleurs que l'on voit dans les pierres incolores telles que le diamant. C'est la réfraction progressive de la lumière blanche en un arc-en-ciel de couleurs spectrales. Dans une pierre colorée, ils sont masqués par la couleur dans la masse, mais on peut encore les voir dans les pierres à forte dispersion telles que le sphène. Au fond, dans un minéral avec deux fenêtres à transmission égale telles que la tourmaline UE, il existe deux fenêtres de dispersion : "dispersion rouge les rayons s'échappent par la fenêtre de transmission rouge et les rayons de dispersion verts de manière similaire par une fenêtre de dispersion verte. Toutes les autres couleurs de dispersionsont piégées par absorption (Halvorsen, 2006). "

 Absorption modifiée par dispersion dans la tourmaline UE.
Photos fournies par Asbjørn Halvorsen

Sur la photo de droite, la lumière transmise rouge est montrée dans la réflexion sous une tourmaline chromifère de 18 ct à facettes en UE. La couleur visible vers le haut affiche une lumière verte réfléchie de l'intérieur (cette pierre est éclairée par la lumière du soleil et repose sur une feuille d'argent poli pour réduire l'électricité statique).

Dans le numéro d'hiver 1984 de Gems & Gemology , Manson et Stockton du GIA ont inventé le terme "changement de couleur" pour décrire un changement de couleur causé par la lumière transmise par rapport à celui d'une lumière réfléchie de l'intérieur, sans modification de l'éclairage observé, dans les grenats pyrope-spessartite. Il est tout à fait possible que ce décalage de couleur puisse s'expliquer par une interaction combinée de l'effet Usambara et de la dispersion modifiée par absorption.

Lumière réfléchie et image miroir de la lumière transmise.
Photo fournie par Asbjørn Halvorsen

Une remarque intéressante à propos de ces tourmalines Nchongo est qu’elles peuvent montrer deux couleurs pléochroïques perpendiculaires à l’axe c et une troisième couleur vue parallèlement à l’axe c. La tourmaline est un minéral uniaxial qui, par définition, ne peut afficher que deux couleurs pléochroïques (seuls les minéraux biaxiaux peuvent présenter trois couleurs pléochroïques). Il a été noté que bien qu’il y ait des tourmalines biaxiales enregistrées, les tourmalines Nchongo présentent la caractéristique optique uniaxiale distincte lorsqu’on la regarde entre des filtres polarisants croisés, prouvant ainsi sa nature uniaxiale. Cela fait partie de ce qui a conduit à l’enquête qui a abouti à la caractérisation du phénomène appelé effet Usambara.

 

"Le changement de couleur dans les minéraux est complexe et sa compréhension nécessite une approche holistique (Halvorsen, 2006)." Tous les effets de changement de couleur dépendent d'influences multiples. Alexandrite, une variété de chrysobéryle, est fortement pléochroïque. Son effet de changement de couleur est considérablement affecté par l'orientation cristallographique; le changement de couleur face visible est le plus spectaculaire lorsque la lumière se déplace parallèlement à l'axe a (en d'autres termes, la table de la gemme taillée doit être perpendiculaire à l'axe a). Dans les grenats à changement de couleur pyrope-spessartite susmentionnés, la lumière fluorescente (plutôt que la lumière incandescente) a provoqué le changement de couleur le plus spectaculaire entre la lumière transmise et celle réfléchie de l'intérieur. De même, l'effet Usambara est légèrement modifié par le pléochroïsme et l'orientation cristallographique, mais c'est la longueur du trajet de la lumière qui constitue le facteur dominant. Depuis, l'effet Usambara a été observé dans plusieurs autres matériaux à base de gemmes, tels que le corindon, le grenat, la kornerupine, l'épidote et l' alexandrite .

Post-scriptum:

On m'a donné l'incroyable opportunité d'étudier personnellement ces tourmalines. C'est tout un honneur pour lequel je dois remercier Asbjørn. Après avoir utilisé les tourmalines d'origine Usambara Effect pendant plus d'un an et les avoir étudiées sporadiquement avec les conseils d'Asbjorn, elles lui ont été rendues chez lui en Norvège en 2009. J'ai pu collecter quelques spécimens personnels qui en montrent l'effet. Celles-ci m'ont été fournies par Brad Payne, The Gem Trader et sont très amusantes depuis. Au printemps 2011, j'ai reçu d'Asbjorn un magnifique cadeau: six spécimens des tourmalines d'origine, dont deux pierres à facettes.

La tourmaline UE sous le laser bleu Raman du 458.56nm.
Une fluorescence rouge vif suit le trajet du laser à travers le cristal.
Photo: Laurel Childress

Les images ci-dessus montrent la vue d'un fragment de cristal et d'une pierre à facettes sur l'axe c. Dans la partie inférieure, ils sont empilés sans changer l’orientation.

Photos et copyright sont la propriété intellectuelle © Asbjørn Halvorsen.

 



Merci, Asbjørn Halvorsen
pour votre générosité et votre correspondance agréable !

Pour plus d'informations, je vous recommande vivement de lire les séries d'articles publiés dans le British Journal of Gemmology:

  • Halvorsen et Jensen, BB (1997) Un nouvel effet de changement de couleur. Journal of Gemmology, Vol. 25, n ° 5, p. 325-330. (Le premier article sur l'effet Usambara. Lettre du Dr Kurt Nassau dans le numéro suivant.)

  • Liu, Y. et Shigley, JE et Halvorsen. A. (1999) Changement de teinte d'une tourmaline, gemme de la vallée d'Umba, en Tanzanie. Journal of Gemmology, Vol. 26, n ° 6, p. 386-396.

  • Halvorsen, A. (2006) L'effet Usambara et son interaction avec d'autres phénomènes de changement de couleur. Journal of Gemmology, Vol. 30, n ° 1/2, p. 1-21.

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