Méthodes conventionnelles permettant de
déterminer la qualité des métaux précieux
Le
contrôle de la pureté de l’or se faisait autrefois
principalement grâce à des analyses chimiques, avec des
techniques telles que la pyroanalyse [1]. Cette
technique étant grandement destructrice pour le métal, et
présentait donc des inconvénients manifestes. Plus
récemment, de nouvelles techniques n’endommageant pas ou
très peu le métal ont fait leur apparition, avec par exemple la
spectrométrie de masse [1], l’analyse par fluorescence X [2,3],
et la photoluminescence à faible température [4]. Ces
différentes méthodes d’analyse sont également
utilisées pour tester d’autres métaux, tels que
l’argent et le platine.
Ces
techniques permettent une rapide inspection du métal, et ne causent
que des dommages négligeables, dans la mesure où elles ne
servent à étudier que la surface extérieure du lingot et
partent du principe que ce dernier est homogène. Leur problème,
c’est qu’elles sont incapables de détecter la
présence éventuelle de zones d’impureté ou
d’un autre métal à l’intérieur du lingot.
Elles ne permettent qu’à déterminer de la pureté
du métal composant la surface du lingot.
La
seule méthode conventionnelle qui soit à la fois
non-destructrice et capable de détecter des impuretés en
profondeur est la détermination de densité nette
(c’est-à-dire l'étude du poids et du volume de
l’objet). Il s’agit là d’une approche simple mais
également très efficace. En revanche, elle ne permet pas de
détecter la présence d’un autre métal de
même densité à l’intérieur d’un
lingot. Bien que deux éléments métal ne peuvent avoir
exactement la même densité, certains ont des densités
très similaires – par exemple, le tungstène a une
densité de 19.254 kilos par mètre cube, contre 19.281 kilos par
mètre cube pour l’or [5]. Un tel écart suffit dans de
nombreux cas à tromper une étude de densité.
Analyses par ultrasons
Une
onde ultrason peut se déplacer à travers un matériau
solide – tel qu’un métal précieux - sans causer aucun dommage.
Lorsqu’elle rencontre, à l’intérieur d’un
objet, une région aux propriétés physiques
différentes – particulièrement la densité et la
constante élastique –, elle réagit de plusieurs
manières :
Une dispersion peut se produire lorsqu’une
portion de l’onde est reflétée par de petites
régions composées de matériaux différents, ou par
l’interface irrégulière de régions plus grandes
composées de matériaux différents. Cette dernière
se manifeste par une réduction de l’amplitude de l’onde.
Un retard de l’arrivée de
l’onde ultrason au transducteur peut se produire si elle traverse une
région composée d’un matériau dans lequel la
vitesse du son n’est pas identique à celle du reste de
l’objet. Une réfraction/réflexion de l’onde - lorsque l’interface entre deux
régions composées de matériaux différents est
relativement lisse, une portion de l’onde est reflétée
par cette interface. Des impuretés sont décelées
lorsqu’elle ne se réfracte pas à angles réguliers.
Ces
différentes réactions peuvent être détectés
et utilisés pour déterminer la présence
d’impuretés, et parfois même les quantifier (voir figure 1). Un
matériau ayant une densité équivalente à celle
d’un métal précieux pouvant tromper un test de
densité peut avoir des propriétés ultrasons
différentes. Par exemple, bien que le tungstène ait une
densité quasi-identique à celle de l’or, sa
vélocité est 40 à 60% plus élevées que
celle de l’or, le rendant très facile à détecter
par analyse à ultrasons.
Mise
en pratique
Les
ultrasons peuvent être générés et
détectés à l’aide d’une multitude
d’appareils, dont les appareils piézoélectriques, les
transducteurs électromagnétiques-acoustiques (EMATs), et les transducteurs à capteur laser
capacitif. Impuretés et défauts structurels peuvent être
déterminés par l’étude de l’amplitude de
l’onde ultrason sortante, et du temps qu’il lui faut pour
traverser l’objet étudié. D’autres effets, tels
qu’une multiplication des ondes sortantes ou une modification de la
forme de leur ondulation et régularité peuvent également
indiquer la présence d’impuretés et de défauts.
D'autres
transducteurs peuvent également être utilisés pour
détecter les ultrasons envoyés au travers de l’objet, ou
pour étudier d’éventuelles dispersions ou
réflexions de l’onde causées par des impuretés
dans l’objet en métal.
Cette
technique peut également être améliorée
grâce à l’utilisation d’un système ultrason
à commande de phase. Ce système permet de contrôler
l’angle de l’onde ultrason en déplaçant les
éléments de la formation de manière à ce
qu’ils soient légèrement en décalage les uns avec
les autres (voir figure 2). De
plus, d’autres techniques, telle que la capture de matrice
intégrale et la synthèse d’ouverture peuvent être
utilisées afin de générer une carte 3D de l’objet
étudié – bien que ces techniques soient plus complexes et
puissent demander une étude très longue, les avancées
technologiques se développent dans ce domaine à un rythme
très rapide.
EN
BREF
L’analyse à ultrasons est un outil
important pour les traders sur le marché des métaux
précieux.
Son avantage principal par rapport à
d'autres méthodes d'analyse est qu’elle permet de
détecter des zones d’impuretés à
l’intérieur d’un objet en métal, même si
cette zone d’impureté a une densité équivalente au
métal environnant.
Une excellente compréhension des lois physiques
se cachant derrière l’analyse à ultrasons est
nécessaire à une bonne interprétation des
résultats.
L’analyse à ultrasons est à
la fois rapide et non-destructrice, et permet à des mesures de routine
d’être effectuées sur tous types
d’échantillons.
REferences
[1] Origin
and Effects of Impurities in High Purity Gold, David J Kinneberg et Stephen R Williams, Gold Bulletin Vol.31
(2), 1998, pp.58 – 67
[2] Non Destructive Analysis of Gold Alloys Using
Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Analysis, Volker Rößiger et Bernhard Nensel,
Gold Bulletin Vol.36 (4), 2003, pp.125 – 137
[3] Application of Energy-dispersive X-ray
Fluorescence to Jewellery Samples determining Gold
and Silver, A. Jurado-López,
M.D. Luque de Castro, R. Pérez-Morales, Gold
Bulletin Vol.39 (1), 2006, pp.125 – 137
[4] Photoluminescence of gold, copper and niobium as
a function of temperature, Helen Armstrong, D.P.Halliday,
Damian P.Hampshire, Journal of Luminescence Vol.
129 (2009) pp. 1610–1614
[5] Tables of Physical and Chemical Constants,
G. W. C. Kaye et T. H. laby, (c) 1973, 1986 Longman
Group Ltd. 15th Ed
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