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IRRADIATION DES GEMMES
Traduction, inspiration, enrichissement et adaptation d’un document du GIA Gemological Institute of America, « Radioactivity & Irradiated Gemstones » JJ Chevallier
Depuis des millénaires, l’apparence des gemmes est sublimée par divers traitements : huile, chaleur, teintures.
Ce n’est qu’au début du 20e siècle que l’on a découvert les effets spectaculaires des rayonnements sur la teinte des gemmes.
En 1904, William Crookes, un physicien renommé, découvre que les diamants deviennent verts lorsqu'ils sont exposés au radium. Les diamants restent radioactifs et ne conviennent donc pas à la joaillerie. Mais… le concept de changement de couleur dû aux radiations a été découvert. Les diamants furent, les premières gemmes à être traitées par les radiations. Au début du siècle dernier, les diamants incolores prenaient une teinte verte bleutée lorsqu’ils étaient enrobés dans du bromure de radium, une substance chimique qui contenant du radium radioactif naturel
Durant les années 1930, le professeur Ernest Orlando Lawrence assisté de son élève Milton Stanley Livingston, de l'Université Berkeley California, créent le premier cyclotron de 27 inchs, un accélérateur à grande vitesse de particules chargées, dans un champ magnétique.
Pour en changer la couleur, certaines pierres peuvent être exposées à des radiations artificielles telles que des rayons gamma, des rayons de neutrons ou des faisceaux d’électrons. Les radiations créées par ce traitement s’apparentent à des phénomènes d’irradiation naturels mais accélérés. Les traitements modernes sont tout à fait au point; ils n’émettent aucune radiation dangereuse. L'invention du cyclotron mena à des procédés d'irradiation de diamant dans les années 1940 et 1950. À notre époque, différentes formes de rayonnement, accompagnées généralement d’un processus de chauffage, ont été employées afin d’améliorer la teinte grâce à l’irradiation, par exemple :
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Topaze bleue et verte
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Le rouge des variétés de la tourmaline et du zircon ;
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Jaune et bleu du béryl ;
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Saphir orange et jaune ;
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Vert, bleu, jaune, orange et rose chez les diamants ;
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Brun, violet, gris, noir dans le quartz ;
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Gris et noir des perles.
L’irradiation en milieu contrôlé des gemmes correspond donc à un procédé naturel, mais fortement accéléré. Car en effet, le rayonnement provenant des éléments radioactifs présents dans la croûte terrestre a lui aussi contribué à la couleur plusieurs sortes de gemmes.
De nos jours, toute forme de rayonnement est sujette à controverse. Cela inclut le rayonnement émis par les pierres précieuses, y compris les topazes bleues, qui sont actuellement les gemmes les plus populaires sur le marché.
Chaque année, des millions de carats de topazes sont irradiés. Cependant, les gemmes irradiées en laboratoire qui répondent aux directives de réglementation nucléaire ne sont pas considérées comme un risque pour la santé.
Les topaze ci-dessous sont le plus souvent vendues sous les noms de :
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« bleu de cobalt » (irradiation aux rayons gamma) ;
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« bleu ciel » (irradiation aux électrons) ;
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« bleu de Londres » (irradiation aux neutrons) ;
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« super bleu » (irradiation aux neutrons suivie d'une irradiation aux électrons).
La deuxième amélioration après le traitement thermique, la plus courante sur le marché, est l'irradiation. Mais un traitement thermique est parfois utilisé après l'irradiation pour éliminer les couleurs secondaires instables ou indésirables de la gemme irradiée.
Il y a certaines gemmes dont la couleur peut être moins stable que leurs homologues non irradiés :
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Le béryl vert ou bleu qui a été exposé à des radiations est extrêmement instable à la lumière et peut se décolorer rapidement.
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La kunzite, qu’elle soit traitée aux rayonnements ou pas, elle a tendance à pâlir lorsqu’elle est soumise à une exposition excessive au soleil.
UN TRAITEMENT FREQUENT...
Le traitement par irradiation consiste à soumettre intentionnellement une gemme à une exposition intense aux rayons ionisants, dans le but d’améliorer ses qualités esthétiques. Des niveaux élevés de radiation ionisante peuvent modifier la structure cristalline de la pierre précieuse, affectant ainsi ses caractéristiques optiques. Cette technique peut entraîner une modification significative de la teinte de la gemme voire une diminution de la visibilité de ses inclusions.
L’industrie des gemmes recourt largement à un processus d’irradiation pour créer des gemmes de couleurs qui n’existent pas ou qui sont extrêmement rares dans la nature. Ce processus peut être réalisé :
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dans un accélérateur de particules pour bombarder des électrons,
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dans une installation à rayons gamma utilisant l’isotope radioactif cobalt60 (60Co) ;
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dans un réacteur nucléaire pour bombarder des neutrons.
Cependant, le processus, lorsqu'il est réalisé dans un réacteur nucléaire, peut rendre les gemmes radioactives.
En raison du danger potentiel pour la santé posés par l’exposition à cette forme de radiation, plusieurs gouvernements ont établi des règlements encadrant l’utilisation et le traitement de ces pierres ayant subi une telle exposition.
La deuxième amélioration après le traitement thermique, la plus courante sur le marché, est l'irradiation. Mais un traitement thermique est parfois utilisé après l'irradiation pour éliminer les couleurs secondaires instables ou indésirables de la gemme irradiée.
Il y a certaines gemmes dont la couleur peut être moins stable que leurs homologues non irradiés :
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Le béryl vert ou bleu qui a été exposé à des radiations est extrêmement instable à la lumière et peut se décolorer rapidement.
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La kunzite, qu’elle soit traitée aux rayonnements ou pas, elle a tendance à pâlir lorsqu’elle est soumise à une exposition excessive au soleil.
Avec l'utilisation croissante des radiations pour rehausser la couleur des gemmes, la question de la radioactivité est devenue une source de préoccupation pour les gemmologues avec les réglementations gouvernementales en vigueur relatives à la radioactivité des gemmes.
Rappel sur la radioactivité
Un matériau est radioactif lorsque ses atomes libèrent de l’énergie, ce qui indique que les noyaux sont instables. L'uranium (U) et le thorium (Th) sont naturellement radioactifs. D'autres éléments normalement stables peuvent être rendus radioactifs. Ainsi, les neutrons provenant des réacteurs nucléaires peuvent pénétrer dans les noyaux atomiques de ces éléments et les rendre instables. Ces atomes libèrent alors l'énergie excédentaire sous forme de rayonnement.
La période (demi-vie), qui restera invariable pour chaque élément, correspond au laps de temps nécessaire pour que la moitié des atomes radioactifs présents dans une quantité déterminée de matière radioactive se désintègrent. Le niveau de radioactivité résiduel diminue à chaque nouvelle période. La durée de vie radioactive des atomes peut s’étendre du millionième de seconde à des milliard d’années.
Exemple avec la Topaze
Les radionucléides les plus courants trouvés dans la topaze bleue irradiée par un réacteur nucléaire sont énumérés ici avec leur période. Parmi ces radionucléides, ceux dont la demi-vie est inférieure à un an sont les plus fréquents.
Chaque jour, nous sommes confrontés à différentes formes de rayonnement, que l’on appelle communément le « rayonnement naturel ». Par exemple aux États-Unis, la population est exposée à une dose moyenne de 56 millirems de rayonnement de fond par an. En France on est exposé de 0,3 à 1,1 mSvr (millisievert) soit 30 mrem à 110 mrem. Ce rayonnement varie en fonction de la localisation et l’altitude. Autre exemple, Ramsar est une ville côtière du nord de l'Iran dont certaines zones sont connues pour présenter les niveaux de rayonnement naturel les plus élevés au monde, où la population est exposée jusqu’à 26 000 mrem 260 mSvr.
La radioactivité naturelle est causée par des sources naturelles dans l'environnement, telles que les rayons cosmiques provenant de l'espace extra-atmosphérique et le radon dans l'air généré par la désintégration naturelle du radium. Les autres sources comprennent les éléments naturellement radioactifs (nucléides) présents dans les aliments, l'eau et le sol. L'environnement contient environ 70 types différents de nucléides radioactifs naturels. Même le corps humain contient de petites quantités de nucléides radioactifs, principalement du potassium 40 (40Po) et du carbone 14 (14Ca).
Les radiations sont omniprésentes et essentielles à la vie, au point où leur absence nous serait fatale.
Pour illustrer cela, examinons quelques exemples.
Les radiations sont quantifiées en millirems ou en unités de dose d’irradiation.
Un pendentif en topaze de 6 carats, porté pendant une année, équivaut à une exposition de 0,03 millirem.
Examinons maintenant ce résultat et comparons la Topaze par rapport à d’autres éléments courants, qui sont également mesurés après une année d’exposition.
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Une dent de porcelaine: 0,07 millirem soit 2,3 fois supérieur ;
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La télévision : 1 millirem soit 33 fois supérieur ;
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Voyage en avion de 7 heures : soit 2,5 millirems soit 83 fois supérieur ;
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Une radio des poumons : 10 millirems soit 333 fois supérieur ;
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Des aliments et même l’eau: 30 millirems 1000 supérieur.
Pour information : le millirem n’est pas utilisé en France où l’on parle de millisievert.
Le millirem (roentgen équivalent) en millisievert :
1 mrem = 0.01 mSv
RADIOACTIVITE NATURELLE ENVIRONNEMENTALE
LES GEMMES SONT-ELLES RADIOACTIVES
Non !
Les pierres gemmes irradiées ne sont pas dangereuses dans la plupart des cas. En effet, la vente et la distribution de pierres précieuses irradiées sont encadrées par différents organismes, dont l’IRSN en France, la NRC (Nuclear Regulatory Commission) aux États-Unis et divers autres organismes de réglementation dans d’autres pays. Par conséquent, avant d’être commercialisées, les pierres précieuses doivent être soumises à des tests rigoureux et subir une irradiation minimale.
Certaines méthodes dites « irradiation » ne provoquent pas de radioactivité chez les pierres précieuses, telles que l’irradiation gamma. Toutefois, peu importe le type d’irradiation employé, tous les matériaux soumis à un traitement sont stockés dans le laboratoire jusqu’à ce qu’ils atteignent un niveau sécuritaire.
Exemple de la NRC
Le processus d'irradiation peut rendre les pierres précieuses légèrement radioactives. C'est pourquoi la Commission de réglementation nucléaire (NRC) réglemente la distribution initiale de ces pierres précieuses. La NRC exige que les pierres soient mises de côté, généralement pendant quelques mois, afin de permettre à la radioactivité de se désintégrer. En vertu de la licence de la NRC, un distributeur doit effectuer des contrôles radiologiques avant la mise sur le marché des pierres. Ces contrôles sophistiqués garantissent qu'aucune pierre précieuse ne sera vendue au public, sauf si la radioactivité est inférieure à des niveaux susceptibles de présenter des risques pour la santé.
Une fois la radioactivité décroissante et les pierres distribuées, elles sont exemptées de la réglementation de la NRC. Autrement dit, aucune licence n'est requise pour les posséder ou les vendre. Les distributeurs, bijoutiers, autres détaillants et consommateurs sont exemptés de la réglementation de la NRC.
AVERTISSEMENT !
En Chine, en Thaïlande ou dans d'autres pays d'outre-mer où les réglementations sont parfois laxistes, vous devez faire particulièrement attention, car certains cas rares de radiations dépassant les limites légales ont été signalés.
SOURCES
Littérature
GIA (Général Institute of America) : Radioactivity & irradiated
gemstones, 1992.
Gems and Gemology : Gemstone Irradiation and Radioactivity, Charles E. Ashbaugh III
Web
Wikipédia
Normes fondamentales internationales de sûreté de l’AIEA
NRC
IRSN
US Diamond Technology