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COULEUR ET MINÉRAUX - 2
La couleur.

Fluorite sans fond.png

Fluorite multicolore.

Erzgebirge, Allemagne.

Photo : Cristal and Mineral.

 Janvier 1666 ISAAC NEWTON DECOMPOSE LA LUMIERE EN COULEURS.

1666 Newton décompose la lumière en couleurs.
Décomposition de la couleur, dessin fait par Newton.jpg

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Croquis de Newton  >

ORIGINE DE LA COULEUR

Pour la lumière il existe 2 sortes d'objets : les émetteurs et les récepteurs.
Il existe deux sortes d’objets qui émettent de la lumière, ceux qui sont naturels (soleil, étoiles) ou artificiels (systèmes d’éclairage), ils forment les sources primaires. Ils produisent de la lumière blanche qui rayonne alors dans l'univers qui les entoure. L’émission de lumière est due à des réactions au sein de leur source par exemple la lumière solaire est due à la fusion nucléaire.
Les sources secondaires, elles, sont des objets qui reçoivent de la lumière primaire et en renvoient une partie. Un objet de couleur verte «absorbe» toutes les couleurs de la lumière blanche sauf le vert qu’il réfléchit (renvoie).
Les miroirs quant à eux n’absorbent aucune couleur et donc ils les réfléchissent toutes.
La lumière blanche est donc formée de différentes couleurs.


Comment les a-t-on découvertes ?


C’est en janvier 1666 qu’Isaac Newton (1642-1726) découvrit le procédé de décomposition de la lumière.

Diffraction du spectre de la lumière solaire.

Diffraction du spectre de la lumière solaire.

Les six couleurs de base de Newton, violet, bleu, vert, jaune, orange et rouge.

lumiere.gif

From Wikimedia Commons, the free media repository - author :Lucas Vieira 

LA LUMIERE VISIBLE 

La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.

La lumière visible.png

L'œil et la vision des couleurs

oeil humain.jpg
Cellules cônes et bâtonnets.jpg

Le PDF suivant issu d'un site d'enseignement vous en apprendra beaucoup sur la rétine qui génère et transmet au cerveau des messages sensoriels, je vous recommande de lire ces six pages très illustrées qui vous permettront de mieux comprendre ce qu'est la vision.

La rétine d'un œil humain est tapissée d'environ 130 000 000 de photorécepteurs : 125 000 000 de bâtonnets et 5 000 000 de cônes.

Les bâtonnets permettent la vision en niveaux de gris (sensibles qu'à l'intensité lumineuse), ils sont très utile pour la vision nocturne.

Les cônes permettent la vision des couleurs.

Les cônes demandent une intensité lumineuse assez importante pour remplir leur fonction.

Lorsqu'une émission lumineuse touche les photorécepteurs de la rétine, il y a une des réactions biochimiques qui se transforment en impulsions électriques  transmises au cerveau par le nerf optique, qui les interprète alors seulement en termes de couleur.

LE SPECTRE CONTINU DE LA LUMIÈRE BLANCHE

La lumière primaire émise par un objet naturel ou artificiel est donc la lumière blanche qui, lorsqu’elle traverse un prisme se décompose en un faisceau de couleurs appelé spectre (l’arc en ciel). Dans le spectre on passe d’une couleur à l’autre sans « frontière », le spectre est continu.
Chaque couleur est définie par une longueur d’onde, la lumière visible est contenue dans une plage de 400 à 750 nm (nanomètre).

Lorsqu’une lumière colorée ne se décompose pas à travers un prisme elle est monochromatique.

Spectre de la couleur.png
Tableau des longueurs d'ondes et fréquences des couleurs.
Shéma du spectre de la lumière visible au sein des ondes électromagnétiques

En 1801 Thomas  Young (1773-1829), physicien, entreprit le contraire de Newton qui avait décomposé la lumière dans les principales couleurs du spectre en utilisant un prisme, Young lui, recomposa la lumière.
Avec six projecteurs il fit converger six faisceaux de lumière des couleurs du spectre. Ainsi superposées il obtint de nouveau la lumière blanche.
Il fit une autre importante découverte. Il réussit à déterminer que les six couleurs initiales pouvaient être réduites à trois couleurs basiques, Rouge, Verte et Bleue (RVB). Puis il découvrit qu’en mélangeant les couleurs basiques deux par deux on obtenait les trois autres que l’on appellera secondaires, Cyan, Magenta et Jaune.
C’est ainsi que furent déterminées les couleurs primaires et secondaires.
A partir de ces couleurs, leur combinaison peut former des millions d'autres couleurs.

L'animation ci-dessous montre ce que notre œil perçoit lorsqu'un objet de couleur est frappé par un faisceau de lumière blanche.

Schéme de la synthèse additive des couleurs
Animation de ce que notre oeil voit.

QUELLE QUANTITÉ DE LUMIÈRE PÉNÈTRE DANS LE MINÉRAL ?

  • Toute la lumière lorsqu'il est transparent.

  • une partie de la lumière lorsqu'il est translucide.

  • aucune lumière lorsqu'il est opaque.

Quantité transmise.png
La couleur des Minéraux

LA COULEUR DES MINÉRAUX

par Jean-Christophe FILLOUX,
professeur de sciences physiques au lycée Camille Guérin à Poitiers (Vienne)
Animateur du

 

Pour la plupart des gemmes et des minéraux, le caractère le plus évident ou l’aspect qui frappe le plus immédiatement l’observateur est la couleur. Les causes de coloration des minéraux sont multiples et la complexité des théories permettant leur étude ne facilite pas la transmission des connaissances sur ce sujet.

Les théories permettant l’étude des causes des colorations des cristaux reposent toutes sur de la chimie et de la physique. Dans toutes les causes de coloration décrites dans cet article, à l’exception de la dernière, la clé de la compréhension de la couleur réside dans le comportement des électrons célibataires (présents dans les atomes ou les ions) et dans leur interaction avec la lumière, régie par les conditions restrictives de la théorie quantique. Dans la plupart des minéraux, la couleur provient de l’absorption sélective de la lumière blanche selon différents processus ; dans certains cas plus rares, c’est le cas du dernier mécanisme abordé dans cet article, ce sont des effets d’optique qui créent la couleur.

Des recherches scientifiques récentes ont permis d’identifier six causes spécifiques permettant d’expliquer la couleur des cristaux. Voici donc un rapide tour d’horizon sur les principales causes de coloration, illustrées de quelques exemples. Si vous souhaitez en savoir plus sur ce sujet passionnant, vous trouverez à la fin de l’article, une liste de sources d’informations en langue française.

IDIOCHROMATIQUE

Coloration idiochromatique, description.

IMPORTANT

Le lithium Li 
On croit souvent que Li est la cause de diverses couleurs dans les minéraux (par exemple la couleur rose lilas de la Kunzite). En réalité il n’en est rien, l’ion Li+ n’est pas responsable de la couleur, mais il accompagne fréquemment d’autres ions tels que l’ion manganèse Mn2+ qui eux, représentent la cause réelle de la couleur.

Le césium Cs 
On croit souvent que Cs est la cause de diverses couleurs dans les minéraux. En réalité il n’en est rien, l’ion Cs+ n’est pas responsable de la couleur, mais il accompagne fréquemment d’autres ions tels que l’ion manganèse Mn2+ qui eux, représentent la cause réelle de la couleur.

ALLOCHROMATIQUE

Coloration allochromatique, description.

CENTRES COLORÉS

Centres colorés, description.
Causes des centres colorés dans les minéraux.jpg
Centr coloré du quartz fumé.jpg

TRANSFERTS DE CHARGES

Coloration par transfert de charges, description.

THÉORIE DES BANDES DE VALENCE

Coloration due à la théorie des bandes de valence, descripti.

PSEUDOCHROMATIQUE

Coloration pseudochromatique, description
Jeu de couleur dans l'opale précieuse.

ANNEXE :

Les 12 ions métalliques issus de 8 éléments chimiques de transition (sous couche électronique d incomplète) pouvant colorer les minéraux sont : Ti3+ (titane) ; V3+ et V4+ (vanadium) ; Cr3+ et Cr4+ (chrome) ; Mn2+ et Mn3+ (manganèse) ; Fe2+ et Fe3+ (fer) ; Co2+ (cobalt) ; Ni2+ (nickel) ; Cu2+ (cuivre). Les éléments Cérium Ce et Uranium U peuvent être également responsables de colorations..

 
 
 
Tab Mendel n°1.png

BIBLIOGRAPHIE EN LANGUE FRANÇAISE:

  1. Ancienne Revue " Monde & Minéraux " n° 67, 69 et 70 (article complet de 1985 : " La couleur des minéraux et des gemmes " en trois parties, écrit par Emmanuel Fritsch, Professeur et chercheur C.N.R.S. à l’Institut des Matériaux de L’Université de Nantes, Laboratoire de Physique Cristalline, Equipe Gemmologie).

  2. Revue de minéralogie " Le Règne minéral " n° 2 et 3 (article de 1995 : " La couleur des minéraux " en deux parties, écrit par Jacques Galvier)

  3. Revue de l’association française de gemmologie (A.F.G.) n° 46 de mars 1976 : traduction française de l’article du chercheur américain Kurt Nassau intitulé " D’où provient la couleur des gemmes et des minéraux ? "

  4. Traduction française d’un article de Mr Emmanuel Fritsch (C.N.R.S. Nantes), publiée en Mars 1990 dans la revue " Gemma " de l’association Québécoise de Gemmologie (AQueGem) ; l’article original en anglais est paru dans la revue américaine " Gems & Gemology " Vol. XXIII Number 3.

  5. Article intitulé " Le traitement des gemmes " de Mrs Fritsch, Shigley, Lasnier, publié dans la revue " Pour la Science " N° 245 de Mars 1998.

  6. Livre " Larousse des pierres précieuses " de P. Bariand et J.P. Poirot (édition de septembre 1998)

 

SITES INTERNET:

 

REMERCIEMENTS :


J’ai été particulièrement sensible à l’aide qui m’a été apporté lors de mes recherches d’informations sur la couleur des minéraux par Mr Fritsch chercheur C.N.R.S. à l’université de Nantes, par Mme Borioli de l’Association Française de Gemmologie, par Mr Bayle directeur de la revue " Le Règne minéral", et enfin par Mr Schwab, ancien responsable du salon minéralogique internationale de Sainte-Marie-aux-Mines.

Jean-Christophe FILLOUX

UNE CRISTALLISATION PEUT ÊTRE MULTICOLORE

Lorsque des éléments chimiques sont présents ou absents lors de la croissance d'un minéral on peut avoir une multitude de couleurs comme ci dessous dans une fluorite.

Fluorite  multicolore, d'Erzgabirge en Allemagne.

PODCAST

Cause de la couleur E. Fritsch.jpg

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VIDEO 

couleurdansmin.jpg

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