Identification et instruments

Le grossissement est le premier examen et le plus employé. La loupe standard est un triplet 10× : trois lentilles collées qui corrigent les franges colorées (aberration chromatique) et le flou de bord (aberration sphérique). Le grossissement de référence pour le classement de la pureté du diamant est le 10×. La Federal Trade Commission américaine lie le mot « flawless » à une pierre qui ne montre aucun défaut de surface lorsqu’elle est examinée sous une loupe corrigée au grossissement 10, avec un éclairage suffisant, par une personne exercée au classement du diamant. Les loupes à main plus fortes ont un champ plus étroit et une profondeur de mise au point plus faible : elles sont donc plus difficiles à utiliser.

Le microscope gemmologique est un stéréomicroscope binoculaire dont l’éclairage est conçu pour les gemmes. En éclairage de fond noir, un cache arrête la lumière directe et les inclusions brillent sur un fond noir. Le fond clair montre les caractères de faible relief et les lignes de croissance courbes sous forme de figures sombres, et un éclairage zénithal ou par fibre optique révèle marques de poli et piqûres. Immerger une pierre dans un liquide supprime les reflets de surface et facilite l’observation de la zonation de couleur. GIA relève que le rendement du microscope dépend de l’opérateur, à qui il faut des années de formation.

Les gemmologues recherchent des caractères diagnostiques : stries courbes et bulles de gaz dans le corindon synthétique par fusion à la flamme, empreintes digitales de flux et plaquettes de platine dans les pierres obtenues en flux, jonctions de facettes dédoublées dans la moissanite synthétique lorsque la pierre est inclinée, et effets d’éclair le long des fractures comblées des diamants traités.

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

Le polariscope place une gemme entre deux filtres polarisants croisés. Une pierre biréfringente s’éteint tous les 90° ; un agrégat microcristallin comme la calcédoine reste clair. Une pierre sombre sur un tour complet n’est pas pour autant prouvée monoréfringente : une pierre biréfringente regardée selon son axe optique fait de même, elle doit donc être sombre en trois positions. Les contraintes internes peuvent faire apparaître dans une pierre monoréfringente une biréfringence anormale, que la rotation de l’analyseur distingue de la vraie biréfringence. Un conoscope ajoute des figures d’interférence qui séparent les pierres uniaxes des biaxes.

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

On dit en général que les testeurs thermiques à main mesurent la conductivité thermique, mais ce qu’ils lisent est l’inertie thermique, la vitesse à laquelle un matériau soutire la chaleur de la pointe chaude. La zircone cubique, le verre, le YAG, le GGG, le titanate de strontium et le saphir incolore prennent la chaleur lentement et échouent ; le diamant passe.

La moissanite synthétique a mis ce test en défaut à la fin des années 1990 : GIA a rapporté que les sondes thermiques y réagissent comme au diamant. GIA donne au diamant une inertie thermique de 0.55 à 1.7 et à la moissanite de 1.6 à 4.8 en cal/cm C, des plages qui se recouvrent. Les multitesteurs ultérieurs ont ajouté la conductivité électrique, la moissanite étant un semi-conducteur. Ce recoupement a son propre piège : le diamant de type IIb, porteur de bore, conduit lui aussi, et GIA indique que plus de 80% des diamants de laboratoire HPHT incolores qui lui ont été soumis depuis 2020 sont de type IIb, de sorte qu’une lecture conductrice ne prouve pas qu’il s’agit de moissanite. La loupe n’aide que si elle est employée correctement. La moissanite est taillée avec son axe c perpendiculaire à la table : de face, elle ne montre donc aucun dédoublement ; inclinez-la et regardez de biais, et les jonctions des facettes arrière se dédoublent. Elle est aussi plus légère, 3.22 contre 3.52 pour le diamant.

Aucune sonde ne sépare le diamant naturel du diamant de laboratoire, les deux étant le même cristal de carbone. Un criblage spectroscopique est nécessaire. L’iD100 de GIA teste des pierres incolores à presque incolores, serties ou non, de 0.9 mm et plus, en moins de deux secondes, et renvoie « pass » ou « refer » ; GIA indique qu’aucun outil rapide et peu coûteux n’identifie tous les diamants de 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 en 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 étendue au début des années 2000, quand les laboratoires ont adopté la LA-ICP-MS pour détecter la diffusion du béryllium dans le corindon et ont trouvé les mêmes données utiles pour distinguer les gisements.

Pour le saphir bleu, GIA emploie le magnésium, le titane, le vanadium, le fer et le gallium. Le laboratoire crible d’abord par la bande d’absorption à 880 nm, qui sépare les pierres métamorphiques de celles liées aux basaltes, puis reporte l’inconnue face à des pierres de référence de composition voisine, et n’accepte une origine que lorsque inclusions, chimie et spectres concordent. Pour l’émeraude, l’ensemble d’éléments retenu par GIA est le lithium, le potassium, le vanadium, le chrome, le fer, le rubidium et le césium. 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 se situent en dessous.

Les inclusions ajoutent une dimension temporelle. Le GemTOF de SSEF, une LA-ICP-MS à temps de vol installée en juillet 2016, enregistre presque tout le tableau périodique d’un coup 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 réelles limites. GIA indique que les pierres de localités différentes se recouvrent souvent au point que l’origine ne peut être déterminée, et rend alors un résultat non concluant plutôt qu’une supposition.