Identification et instruments

Le grossissement est le premier essai et le plus employé. La loupe usuelle est un triplet 10× : trois lentilles collées qui corrigent les franges colorées (aberration chromatique) et le flou des bords (aberration sphérique). Le grossissement dix est la référence pour le classement de la pureté du diamant. La Federal Trade Commission des États-Unis réserve le mot « flawless » à une pierre qui ne montre aucun défaut de surface lorsqu’elle est examinée à la loupe corrigée au grossissement dix, sous un éclairage suffisant, par une personne experte en classement du diamant. Les loupes plus fortes ont un champ plus étroit et une profondeur de mise au point plus faible : elles sont donc plus difficiles à employer.

Le microscope gemmologique est un microscope stéréoscopique binoculaire à éclairage conçu pour les gemmes. Sous éclairage en fond noir, un écran arrête la lumière directe pour que les inclusions brillent sur un fond noir. Le fond clair montre les caractéristiques de faible relief et les lignes de croissance courbes comme des formes sombres, et un éclairage zénithal ou à fibre optique révèle les traces de polissage et les piqûres. Immerger une pierre dans un liquide supprime les reflets de surface et rend la zonation de couleur plus lisible. Le GIA note que ce que donne le microscope dépend de l’opérateur, qui a besoin d’années de formation.

Les gemmologues cherchent des caractères diagnostiques : stries courbes et bulles de gaz dans le corindon synthétique obtenu par fusion à la flamme, empreintes digitales de flux et plaquettes de platine dans les pierres de flux, arêtes de facettes dédoublées dans la moissanite synthétique, et effets d’éclair le long des fractures comblées dans les diamants traités.

Le réfractomètre mesure l’indice de réfraction (IR) par l’angle critique. Une facette plane repose sur un hémicylindre de verre dense, avec une goutte de liquide de contact, et la limite entre le clair et le sombre sur l’échelle interne marque l’indice de la pierre, lue sous lumière jaune. Une pierre biréfringente donne deux lectures lorsqu’on la tourne ; leur écart est la biréfringence, et leur façon de se déplacer indique si la pierre est uniaxe ou biaxe. Les cabochons bombés donnent à la place une lecture ponctuelle floue. Le liquide de contact du GIA a un indice de 1.81, et rien au-dessus ne se lit : le zircon haut, la zircone cubique, le diamant et le grenat en haut de sa plage ne montrent donc aucune limite et sont notés hors limite.

Le polariscope place la gemme entre deux filtres polarisants croisés. Une pierre monoréfringente reste sombre pendant un tour complet ; une pierre biréfringente s’éteint tous les 90° ; un agrégat microcristallin comme la calcédoine reste clair. Des contraintes internes peuvent faire montrer à une pierre monoréfringente une biréfringence anomale, que la rotation de l’analyseur sépare de la vraie biréfringence. Le conoscope y ajoute des figures d’interférence qui distinguent les pierres uniaxes des biaxes.

Le dichroscope montre côte à côte les couleurs pléochroïques : deux dans une pierre uniaxe, trois dans une biaxe, aucune dans une monoréfringente.

Le spectroscope à main étale en un spectre la lumière qui a traversé une gemme, où les longueurs d’onde absorbées apparaissent en raies et en bandes sombres. Les modèles à prisme étirent l’extrémité bleue ; les modèles à réseau de diffraction répartissent le domaine visible plus régulièrement. Plusieurs figures sont diagnostiques : le chrome donne au rubis une raie étroite à 694 nm, le fer dans le corindon produit des caractères vers 377, 388 et 450 nm dès que la teneur en fer dépasse environ 150 ppma, et le zircon montre une série de raies que les gemmologues appellent le spectre en tuyaux d’orgue. Le GIA tient le spectroscope à main pour l’un des instruments portatifs les plus difficiles à maîtriser.

Le filtre Chelsea laisse passer la lumière dans deux bandes étroites et sert à trier certaines pierres vertes, rouges et bleues et à déceler les colorants dans la calcédoine. Les filtres de ce genre aident à l’identification mais ne servent jamais à conclure.

Les lampes à ultraviolet testent la fluorescence et la phosphorescence, en ondes longues à 365 nm et en ondes courtes à 254 nm. Une réponse inerte ne prouve pas qu’une pierre soit non traitée, et la luminescence n’est que semi-quantitative.

La balance hydrostatique mesure la densité par le principe d’Archimède : le poids dans l’air divisé par la perte de poids dans l’eau. Une goutte de détergent abaisse la tension superficielle. La méthode est lente et peu fiable sur les pierres très petites ou poreuses, mais elle sépare des pierres semblables de densité différente.

Le diamant conduit la chaleur mieux que tout autre matériau gemme, et les testeurs thermiques portatifs s’appuient là-dessus. Une pointe métallique chauffée touche la pierre et l’appareil mesure la vitesse à laquelle la chaleur s’évacue. La zircone cubique, le verre, le YAG, le GGG, le titanate de strontium et le saphir incolore conduisent mal la chaleur et échouent ; le diamant passe.

La moissanite synthétique a mis le test en échec lorsqu’elle a gagné la bijouterie à la fin des années 1990. Le GIA rapportait alors que ses propriétés thermiques sont si proches de celles du diamant que les sondes thermiques y réagissent comme s’il s’agissait de diamant. Des testeurs combinés y ont ensuite ajouté la conductivité électrique, la moissanite étant un semi-conducteur. Le diamant de type IIb contenant du bore, naturel ou de laboratoire, conduit lui aussi l’électricité. La loupe offre un contre-examen rapide : la moissanite est biréfringente, si bien que les arêtes de ses facettes arrière paraissent dédoublées, et elle est plus légère que le diamant, avec une densité de 3.22 contre 3.52.

Aucune sonde thermique ou électrique ne sépare le diamant naturel du diamant de laboratoire, car tous deux sont le même cristal de carbone. Cela demande un criblage spectroscopique, et le GIA indique qu’aucun outil de criblage rapide et peu coûteux n’identifie tous les diamants de laboratoire. Des appareils comme l’iD100 du GIA testent en moins de deux secondes des pierres incolores à presque incolores, montées ou non, de 0.9 mm et plus, et renvoient « pass » ou « refer ». Une pierre renvoyée part en laboratoire.

Les grands laboratoires ajoutent des instruments qui sondent la structure et la chimie, non destructifs pour la plupart.

La spectroscopie FTIR (infrarouge à transformée de Fourier) enregistre l’absorption infrarouge. Elle établit le type du diamant en décelant l’azote et le bore, et révèle l’imprégnation de polymère dans le jade ainsi que la trace de certains traitements dans le corindon. La spectroscopie UV-Vis-NIR mesure l’absorption de l’ultraviolet au proche infrarouge pour établir la cause de la couleur ; les pierres sont refroidies à l’azote liquide pour affiner leurs spectres. La spectroscopie Raman dirige un laser sur un point et lit de faibles décalages d’énergie dans la lumière diffusée, empreinte vibrationnelle qui identifie une gemme ou une inclusion sous la surface, et elle donne le meilleur sur un matériau transparent à translucide. La spectroscopie de photoluminescence (PL), également excitée au laser et conduite le plus souvent à la température de l’azote liquide, décèle des défauts présents à l’échelle de la partie par milliard et joue un rôle central pour séparer diamants naturels, de laboratoire et traités. Le DiamondView image la luminescence sous un ultraviolet inférieur à 225 nm pour montrer les figures de croissance.

Pour la chimie, l’EDXRF (fluorescence X à dispersion d’énergie) lit les rayons X caractéristiques de chaque élément mais ne décèle rien de plus léger que le sodium : elle manque donc le béryllium dans le corindon. La LA-ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif avec ablation laser) vaporise un grain de matière en laissant un cratère d’environ 50 µm, d’ordinaire sur le rondiste, et mesure la plupart des éléments traces en dessous de 1 ppm et les éléments lourds jusqu’à la partie par milliard. Pour les perles, la radiographie X et la micro-CT donnent l’image de la structure interne, même s’il faut en général démonter les perles serties.

Les éléments traces d’une gemme reflètent les roches et les fluides dont elle est issue : les laboratoires comparent donc la chimie, les inclusions et les spectres d’une pierre à des échantillons de référence d’origine connue. L’approche s’est développée au début des années 2000, quand les laboratoires ont adopté la LA-ICP-MS pour déceler la diffusion de béryllium dans le corindon et ont trouvé les mêmes données utiles pour distinguer les gisements.

Pour le saphir bleu, le GIA emploie le magnésium, le titane, le vanadium, le fer et le gallium. Il trie d’abord par la bande d’absorption à 880 nm, qui sépare les pierres métamorphiques de celles liées aux basaltes, puis situe l’inconnue par rapport à des pierres de référence de composition voisine, et n’admet une origine que lorsque inclusions, chimie et spectres concordent. Peucat et ses collègues ont montré en 2007 que les saphirs magmatiques portent beaucoup de gallium et peu de magnésium, d’où un rapport Ga/Mg supérieur à 10, tandis que les saphirs métamorphiques restent en dessous.

Les inclusions ajoutent une dimension temporelle. Le GemTOF de la SSEF, une LA-ICP-MS à temps de vol installée en juillet 2016, enregistre d’un coup presque tout le tableau périodique et peut dater les inclusions de zircon par l’uranium et le plomb. Les spectres Raman de ces inclusions aident aussi : les zircons des saphirs du Cachemire, géologiquement jeunes, donnent des pics étroits, tandis que les zircons plus anciens et plus métamictes des saphirs de Madagascar donnent des bandes larges.

La méthode a de vraies limites. Le GIA rapporte que des pierres de localités différentes se recouvrent souvent au point que l’origine ne peut être déterminée, et il rend un résultat non concluant plutôt que de supposer.