{"id":2071,"date":"2011-09-26T00:01:56","date_gmt":"2011-09-25T22:01:56","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=2071"},"modified":"2011-09-26T00:01:56","modified_gmt":"2011-09-25T22:01:56","slug":"comment-faire-la-difference-entre-un-diamant-et-un-oxyde-de-zirconium","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2011\/09\/26\/comment-faire-la-difference-entre-un-diamant-et-un-oxyde-de-zirconium\/","title":{"rendered":"Comment faire la diff\u00e9rence entre un diamant et un oxyde de zirconium ?"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>Si au cours d\u2019une soir\u00e9e vous croisez une riche h\u00e9riti\u00e8re arborant un \u00e9norme diamant sur sa bague, il existe un moyen simple de v\u00e9rifier s\u2019il s\u2019agit d\u2019un vrai: faites-lui le baisemain, et passez discr\u00e8tement votre langue sur la pierre.<\/p>\n

Si elle vous para\u00eet froide, il s\u2019agit bien d\u2019un vrai diamant ! Mais si elle est plut\u00f4t ti\u00e8de, c’est certainement un faux…<\/p>\n

Voyons ensemble le principe thermique de ce test.<\/p>\n

Les faux diamants<\/h3>\n

Parmi les min\u00e9raux pouvant se substituer au diamant dans les bijoux, le plus connu est l\u2019oxyde de zirconium<\/strong> (ou zircone), dont la composition chimique est ZrO2. Comme je l\u2019expliquais dans mon billet sur la moissanite<\/a>, certains min\u00e9raux permettent d\u2019imiter l\u2019\u00e9clat des diamants gr\u00e2ce \u00e0 leur indice de r\u00e9fraction \u00e9lev\u00e9. Comme ce sont des pierres de synth\u00e8se, elles ont l\u2019\u00e9norme avantage de co\u00fbter beaucoup moins cher que les vrais diamants, et de faire couler moins de sang.<\/p>\n

\u00c9videmment, pour un professionnel de la joaillerie, il est important de pouvoir faire la diff\u00e9rence entre un vrai diamant et une pierre de substitution ! Et la m\u00e9thode la plus efficace ne repose pas sur l’apparence visuelle des pierres, mais sur les propri\u00e9t\u00e9s thermiques des vrais diamants<\/strong>.<\/p>\n

La notion de temp\u00e9rature de contact<\/h3>\n

Pour comprendre le test de la langue, il faut se pencher sur la notion de temp\u00e9rature au contact entre deux objets<\/strong>. Le point important est que cette temp\u00e9rature d\u00e9pend de l’objet qu’on touche !<\/p>\n

\"\"<\/a>Par exemple, si vous \u00eates dans une pi\u00e8ce et que vous posez votre main sur une plaque de m\u00e9tal, celle-ci vous para\u00eetra plut\u00f4t froide. Mais si vous la posez sur un meuble en bois, la sensation sera beaucoup plus ti\u00e8de.<\/p>\n

Comment est-ce possible, alors que ces objets sont cens\u00e9s \u00eatre tous les deux \u00e0 la m\u00eame temp\u00e9rature (celle de la pi\u00e8ce, 20\u00b0C par exemple) ? Le m\u00eame paradoxe existe avec les objets chauds : si vous touchez du m\u00e9tal \u00e0 80\u00b0C, vous allez vous br\u00fbler rapidement, alors que vous pouvez sans douleur poser la main pendant plusieurs secondes sur une b\u00fbche de bois chauff\u00e9e \u00e0 80\u00b0C.<\/p>\n

La r\u00e9ponse r\u00e9side dans cette notion de temp\u00e9rature de contact<\/strong>. Imaginons un objet \u00e0 20\u00b0C, et votre main, dont la temp\u00e9rature est autour de 37\u00b0C. Au moment initial o\u00f9 vous touchez l’objet, vous ressentez une temp\u00e9rature qui est celle au niveau de la surface de contact. Mais quelle est cette temp\u00e9rature de contact ? 20\u00b0C ou 37\u00b0 ? Ou bien entre les deux, par exemple la moyenne (28.5\u00b0C) ?<\/p>\n

Rien de tout cela. Car cela d\u00e9pend des 2 substances mises en contact. On peut voir \u00e7a comme un affrontement entre votre main et l’objet que vous touchez, chacun essayant d\u2019imposer sa temp\u00e9rature \u00e0 l\u2019autre. Or tous les mat\u00e9riaux n\u2019ont pas la m\u00eame capacit\u00e9 \u00e0 imposer leur temp\u00e9rature aux autres<\/strong>. Le m\u00e9tal est fort pour imposer sa temp\u00e9rature, c\u2019est pour cela qu’il vous br\u00fble ou vous refroidit; mais pas le bois, qui n’arrive pas \u00e0 imposer sa loi \u00e0 la peau de votre main. Voyons cela avec des chiffres.<\/p>\n

L\u2019effusivit\u00e9 des mat\u00e9riaux<\/h3>\n

Pour un mat\u00e9riau, la capacit\u00e9 \u00e0 imposer sa temp\u00e9rature lors d\u2019un contact s\u2019appelle l\u2019effusivit\u00e9<\/strong>. La r\u00e8gle est simple, si vous mettez en contact deux mat\u00e9riaux d\u2019effusivit\u00e9s respectives E1 et E2, initialement \u00e0 des temp\u00e9ratures T1 et T2, la temp\u00e9rature initiale au contact sera<\/p>\n

\\(T_{\\mbox{contact}} = \\frac{E_1.T_1 + E_2.T_2}{E_1 + E_2}\\)<\/p>\n

Ce que signifie cette formule, c\u2019est que la temp\u00e9rature de contact se situe bien entre T1 et T2, c\u2019est une sorte de moyenne, mais cette moyenne est pond\u00e9r\u00e9e par l\u2019effusivit\u00e9 de chaque mat\u00e9riau. Plus l\u2019effusivit\u00e9 d\u2019un mat\u00e9riau est importante, plus la temp\u00e9rature de contact sera proche de la temp\u00e9rature de ce mat\u00e9riau.<\/p>\n

Voyons cela sur nos exemples. L\u2019effusivit\u00e9 de la main est d\u2019environ 1000, celle du bois est de 400 et celle d\u2019un m\u00e9tal de l\u2019ordre de 10000.<\/strong> Calculons les temp\u00e9ratures de contact dans nos diff\u00e9rents cas, avec la formule ci-dessus.<\/p>\n

Main \u00e0 37\u00b0C sur Bois \u00e0 20\u00b0C :\u00a0\u00a0\u00a0 Tcontact = 32\u00b0C<\/em><\/span><\/p>\n

Main \u00e0 37\u00b0C sur M\u00e9tal \u00e0 20\u00b0C :\u00a0 Tcontact = 21\u00b0C<\/em><\/span><\/p>\n

Main \u00e0 37\u00b0C sur Bois \u00e0 80\u00b0C : \u00a0\u00a0 Tcontact = 49\u00b0C<\/em><\/span><\/p>\n

Main \u00e0 37\u00b0C sur M\u00e9tal \u00e0 80\u00b0C :\u00a0 Tcontact = 76\u00b0C.<\/em><\/span><\/p>\n

Voil\u00e0 pourquoi le m\u00e9tal para\u00eet toujours plus froid (ou plus chaud) que le bois !<\/p>\n

Attention toutefois, cette r\u00e8gle de l\u2019effusivit\u00e9 n\u2019est valable que dans les premiers instants d\u2019un contact<\/strong>, et \u00e0 terme le mat\u00e9riau le plus gros et massif va finir par imposer sa temp\u00e9rature : vous pourrez refroidir un petit morceau de m\u00e9tal dans votre main, mais une grosse b\u00fbche finira par vous br\u00fbler quand m\u00eame.<\/p>\n

Diamant ou zircone ?<\/h3>\n

Je pense que vous avez maintenant compris le truc : si votre langue \u00e0 37\u00b0C entre en contact avec la pierre d’un bijou, la sensation de temp\u00e9rature va d\u00e9pendre de l\u2019effusivit\u00e9 du mat\u00e9riau qui constitue la pierre. Or l’effusivit\u00e9 d’un diamant et d’un oxyde de zirconium sont tr\u00e8s tr\u00e8s diff\u00e9rente<\/strong>s !<\/p>\n

La zircone a une effusivit\u00e9 d\u2019environ 2000, alors que celle du diamant est de 60000 ! Voici donc les temp\u00e9ratures de contact que vous risquez de ressentir :<\/p>\n

Langue \u00e0 37\u00b0C sur zircone \u00e0 20\u00b0C : 26\u00b0C.<\/em><\/span><\/p>\n

Langue \u00e0 37\u00b0C sur diamant \u00e0 20\u00b0C : 20\u00b0C.<\/em><\/span><\/p>\n

Si la surface de contact est importante et que vous \u00eates assez sensible de la langue, vous pouvez faire la diff\u00e9rence !<\/p>\n

Rassurez vous, les joaillers professionnels n\u2019ont pas besoin d\u2019avoir recours \u00e0 ce subterfuge. Ils utilisent un appareil nomm\u00e9 effusivim\u00e8tre, qui mesure directement l\u2019effusivit\u00e9. Puisque l\u2019effusivit\u00e9 du diamant est de tr\u00e8s loin sup\u00e9rieure \u00e0 celle de n\u2019importe quel autre mat\u00e9riau, il vous d\u00e9tecte \u00e0 coup s\u00fbr les vrais diamants !<\/p>\n

Pour aller plus loin : comment se calcule l\u2019effusivit\u00e9 ?<\/h3>\n

La formule qui permet de calculer l’effusivit\u00e9 d’un mat\u00e9riau est la suivante<\/p>\n

\\(E = \\sqrt{\\lambda \\rho C}\\),<\/span><\/p>\n

Elle d\u00e9pend de 3 caract\u00e9ristiques du mat\u00e9riau : \\(\\lambda\\)sa conductivit\u00e9 thermique, \\(\\rho\\) sa masse volumique et \\(C\\) sa capacit\u00e9 calorifique.<\/p>\n

Intuitivement, on peut comprendre cette formule de la mani\u00e8re suivante : la conductivit\u00e9 thermique d\u2019un mat\u00e9riau est sa capacit\u00e9 \u00e0 transf\u00e9rer la chaleur<\/strong> rapidement, alors que sa masse volumique et sa capacit\u00e9 calorifique d\u00e9terminent sa capacit\u00e9 \u00e0 stocker la chaleur<\/strong>. On comprend facilement que l\u2019effusivit\u00e9, la capacit\u00e9 d\u2019un mat\u00e9riau \u00e0 imposer sa temp\u00e9rature \u00e0 un autre, d\u00e9pend de la quantit\u00e9 de chaleur qu\u2019il a pu emmagasiner, et de la rapidit\u00e9 avec laquelle il peut la transf\u00e9rer.<\/p>\n

Ce qui est fascinant avec le diamant, c\u2019est qu\u2019il s\u2019agit du mat\u00e9riau ayant de loin la conductivit\u00e9 thermique la plus \u00e9lev\u00e9e que l\u2019on connaisse<\/strong> (exception faite du graph\u00e8ne, ce mat\u00e9riau d\u00e9couvert r\u00e9cemment mais dont on est pas pr\u00e8s de faire des bijoux). La conductivit\u00e9 thermique d\u2019un diamant est 10 \u00e0 100 fois plus \u00e9lev\u00e9e que celle des m\u00e9taux !<\/p>\n

Ce r\u00e9sultat est assez contre-intuitif, car g\u00e9n\u00e9ralement une conductivit\u00e9 thermique \u00e9lev\u00e9e s\u2019accompagne d\u2019une conductivit\u00e9 \u00e9lectrique \u00e9lev\u00e9e<\/strong>. Ce lien existe car le d\u00e9placement des \u00e9lectrons est un mode privil\u00e9gi\u00e9 de transfert de chaleur dans les mat\u00e9riaux (les m\u00e9taux par exemple). Avec le diamant, \u00e7a n\u2019est pas le cas, car il est un isolant \u00e9lectrique tout en \u00e9tant le meilleur conducteur thermique connu. Pour faire simple, c\u2019est entre autres sa structure cristalline exceptionnelle qui lui permet de transporter la chaleur uniquement \u00e0 l\u2019aide des vibrations de son r\u00e9seau, sans transfert d\u2019\u00e9lectrons.<\/p>\n

Le tableau ci-contre montre comment calculer l\u2019effusivit\u00e9 de diff\u00e9rents mat\u00e9riaux, et par la m\u00eame occasion vous donne les unit\u00e9s physiques que j\u2019ai sciemment cach\u00e9es sous le tapis dans ce billet.<\/p>\n

\"Effusivit\u00e9<\/a>
\n<\/a><\/p>\n

Un dernier mot sur l\u2019effusivit\u00e9 de la peau<\/strong> : elle est assez proche de celle de l\u2019eau, ce qui n\u2019est pas surprenant, mais elle n\u2019est pas si simple \u00e0 mesurer. J\u2019ai d\u00fb aller fouiller un r\u00e9cent papier [1] pour avoir des valeurs de sources fiables ! Et elle d\u00e9pend d’ailleurs un peu des individus et de l\u2019endroit du corps que l’on mesure.<\/p>\n

[1] A. Yoshida et al., Measurement of Thermal Effusivity of Human Skin Using the Photoacoustic Method, International Journal of Thermophysics 31, 10, p2019-2029 (2010)<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Si au cours d\u2019une soir\u00e9e vous croisez une riche h\u00e9riti\u00e8re arborant un \u00e9norme diamant sur sa bague, il existe un moyen simple de v\u00e9rifier s\u2019il s\u2019agit d\u2019un vrai: faites-lui le baisemain, et passez discr\u00e8tement votre langue sur la pierre. Si elle vous para\u00eet froide, il s\u2019agit bien d\u2019un vrai diamant ! Mais si elle est<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[38,57],"class_list":{"0":"post-2071","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-physique","7":"tag-mineralogie","8":"tag-thermique"},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"post_mailing_queue_ids":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2071","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2071"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2071\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2071"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2071"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2071"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}