La lumière et les couleurs
L'énergie électromagnétique que nous recevons
du soleil couvre une très large gamme de longueur d'ondes et
seule une partie de ce spectre est visible.
C'est la lumière blanche et l'alliance de la lumière
et de l'obscurité qui créent les couleurs et nous
permettent de reconnaître le monde dans sa diversité de
couleurs. Cristaux et gouttes de pluie peuvent réfracter la
lumière pour créer toutes les couleurs de
l'arc-en-ciel.
Le savant anglais Sir Isaac Newton (1642-1727) étudia la
réfraction de la lumière à travers un prisme et
présenta en 1704 sa théorie de la réfraction de
la lumière et des couleurs.
En faisant passer de la lumière blanche à travers un
prisme de verre, on peut la décomposer en une figure
nommée spectre visible. La lumière blanche est la
superposition de toutes les couleurs.
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À chaque couleur de l'arc-en-ciel correspond une
longueur d'onde spécifique. En physique classique,
ces longueurs d'ondes sont mesurables et s'expriment en
nanomètres. Elles se situent entre 380 et 780
nanomètres (nm).
Quand l'oeil humain reçoit la lumière
correspondant à cette gamme de longueur d'onde, le
cerveau l'interprète en termes de couleur. L'oeil
humain perçoit une gradation de couleurs allant du
violet au rouge en passant par l'indigo, le bleu, le vert,
le jaune et l'orangé.
Au sens physiologique du terme, la couleur n'existe qu'en
fonction de trois éléments suivants: le
système visuel, la lumière émise par
une source et le milieu qui les sépare.
Les objets prennent une couleur déterminée
en absorbant certaines couleurs de la lumière et en
réfléchissant les autres. Les rayons lumineux
renvoyés donnent la couleur à l'objet. Par
exemple un minéral est jaune parce qu'il absorbe tous
les rayonnements lumineux (rouges, bleus... ) sauf le jaune.
Un minéral blanc réfléchit toutes les
couleurs, tandis qu'un noir absorbe toutes les couleurs du
spectre visible. La couleur dépend donc de la
manière dont la substance éclairée
réagit sous la lumière.
La lumière est une forme d'énergie. Elle
peut apparaître par incandescence ou par
luminescence.
Nous avons l'habitude de parler de la lumière du
soleil mais la lumière que nous voyons correspond en
fait à un rayonnement de la matière, à
des particules incandescentes comme dans le fer en fusion ou
le filament en tungstène d'une ampoule
électrique ordinaire.
La luminescence est par contre une « lumière
froide » qui peut apparaître à
température normale par excitation des
électrons soumis à une autre source
d'énergie, par exemple par l'action du rayonnement
ultraviolet. La fluorescence est une luminescence.
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La fluorescence et phosphorescence
Le poète allemand Goethe (1749-1832) était aussi un
passionné de sciences naturelles. Il a passé
près de 40 ans à établir son traité sur
les couleurs. Il fut le premier à noter qu'au-delà du
violet où il n'y a guère de couleur, le phosphore
produit une vive brillance.
Le physicien français Antoine Becquerel (1788-1878) fit de
nombreuses recherches et études sur la phosphorescence et
publia un traité à ce sujet. Il se passionna pour ce
sujet à la suite d'un voyage qu'il fit à Venise,
où il découvrit le spectacle de la lagune,
illuminée par des noctiluques (algues flagellées
luminescentes de taille microscopique). Sa passion le conduisit
à élever des vers luisants, et surtout à faire
une collection systématique de minéraux fluorescents
qu'il légua à son fils.
Son fils Edmond (1820-1891) fut le premier à mettre en
évidence la partie ultraviolette du spectre solaire par la
méthode de Fraunhofer (inventeur du spectroscope). Il devint
l'expert mondial en matière de phénomènes de
luminescence. Il étudia principalement les sels d'uranium. Il
construisit un ingénieux phosphoroscope et mesura
l'intensité et la durée de la phosphorescence de
diverses substances sous l'influence d'excitations lumineuses.
Georges Stokes en 1852 avait observé un
phénomène lumineux en étudiant la fluorite et
avait donné le nom de fluorescence à ce
phénomène. Edmond Becquerel montra en fait que ce que
Stokes avait appelé fluorescence n'était qu'une
phosphorescence de très courte durée, et que les sels
d'urane avaient une phosphorescence vingt fois plus importante que
les sulfures de calcium et de zinc. Il mit aussi en évidence
que la fluorescence rouge de la calcite était due à la
présence de manganèse, découvrant ainsi pour la
première fois le rôle des activateurs dans la
fluorescence. Il publia un traité " La lumière, ses
causes et ses effets ".
Quand de l'énergie provenant d'une source UV touche
certains minéraux, ils émettent une fluorescence sous
la forme d'une lumière visible. Il y a plusieurs
théories expliquant le mécanisme de la fluorescence des
minéraux.
Schématiquement, un atome se compose d'un noyau central
autour duquel gravitent des électrons qui suivent des
trajectoires orbitales précises. Mais si on excite l'atome par
une source d'énergie, par exemple une lumière
ultraviolette, les électrons sautent sur des orbites
supérieures en absorbant l'énergie du rayonnement UV.
Cet état est temporaire et les électrons ont tendance
à reprendre leur position d'origine en restituant le surplus
d'énergie absorbée sous la forme de lumière.
Cette lumière est normalement dans une longueur d'onde plus
longue que la lumière UV qui a permis d'exciter les
électrons et se situe généralement dans le
spectre visible. Cette lumière est appelée
fluorescence.
Si les électrons mettent un certain temps à
retourner à leur état normal, quand la source de
lumière ultraviolette est coupée, et que le
minéral reste encore lumineux, alors ce minéral
à la propriété de
phosphorescence.
De nombreux minéraux sont phosphorescents. Toutefois, pour
être aisément vu, il faut que l'intensité
lumineuse ou la durée soit suffisante. Certains gardent ainsi
leur luminosité pendant plusieurs jours.
La fluorescence peut aussi être produit par la
présence dans le minéral d'éléments
étrangers, souvent en très petite quantité. Ces
éléments sont appelés "activateurs". D'autres
éléments, comme le fer ou le cobalt, peuvent aussi
empêcher la fluorescence même si un activateur est
présent. Ils peuvent être appelés
"désactivateurs".
La même calcite de Terlingua (Texas)
phototographiée...
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...en lumière du jour
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...sous ondes longues
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...sous ondes courtes
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...après avoir éteint les
ondes courtes.
forte phosphorescence.
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L 4 x H 5 cm
Les lampes et tubes UV
Les lampes et tubes UV ont une longueur d'onde inférieure
à celle de la lumière visible. Les longueurs d'ondes
qui nous intéressent pour la fluorescence sont les 365 nm
(ondes longues), les 254 nm (ondes courtes) et dans une moindre
mesure les 312 nm (ondes moyennes). À chacune de ces longueurs
d'ondes correspondent des lampes ou tubes fluorescents
spécifiques.
Les lampes procurant une émission
d'UV ondes longues,
principalement dans les longueurs d'ondes de 350-370 nm sont
soit de type BLB (black-light-blue / lumière noir
bleutée) ou BL (black-light / lumière noire).
Les lampes de type BLB sont bleues plus ou moins foncées
car elles possèdent un filtre interne sous forme de poudre
absorbante spéciale qui ne laisse passer que les UV longs et
aussi une petite quantité de lumière bleue visible qui
modifie parfois la couleur de la fluorescence de certains
minéraux.
Un autre problème provient de la longueur d'onde
émise par ces tubes et qui est très variable. Certains
tubes produisent des pics à 350 nm, tandis que d'autres ont
des pics plus proches des 365-370 nm, ce qui peut modifier
considérablement la couleur de la fluorescence. Un
minéral comme l' Agrellite n'est pratiquement plus fluorescent
sous un tube dont le pic culmine à 370 nm. Nombre de Calcites
montrent aussi des fluorescences variant du jaune au rouge. Ce
phénomène est explicable par la composition du
phosphore et du filtre interne des tubes, les couleurs des
minéraux changent ainsi suivant la longueur d'onde
émise.
Les lampes de type BL sont blanches et doivent êtres
équipées d'un filtre séparé
spécifique pour ondes longues qui arrête presque
totalement la lumière visible. Le résultat est un plus
grand respect des couleurs.
Les lampes procurant une émission
d'UV ondes courtes (type germicide) et
UV ondes moyennes sont en quartz clair sans poudrage et
doivent aussi être équipées d'un filtre
spécial pour ondes courtes filtrant la lumière visible.
À long terme les UV courts provoquent une solarisation de ces
filtres, les rendant moins performants.
Les lampes ondes longues et courtes deviennent assez populaires et
permettent de mettre en évidence la fluorescence de nombreux
minéraux. Les lampes ondes moyennes sont assez récentes
et quelques amateurs commencent à étudier la
fluorescence des minéraux sous ces ondes.
Précautions
Il faut prendre quelques précautions en utilisant ces tubes
UV ondes courtes et ondes moyennes car les radiations sont
dangereuses pour les yeux et la peau. Toutefois ces ondes sont
arrêtées par le verre classique (ce qui n'est pas le cas
des ondes longues).
Il faut aussi éviter que la lumière des lampes UV
longs arrive directement sur les yeux car elle est gênante, le
cristallin étant fluorescent. Si l'on souhaite exposer ses
minéraux, le mieux est de faire une installation sous vitrine
en plaçant les lampes fluorescentes de façon à
ce quelles ne gêne pas le regard.
La "Fluorescent Mineral society" (FMS) http://www.uvminerals.org/
La "Fluorescent Mineral society" s'est donné pour objectif
de réunir les collectionneurs de minéraux fluorescents
du monde entier. La FMS édite un bulletin bimestriel en
anglais sur la fluorescence.
Il y actuellement 484 membres répartis dans 19 pays dans le monde. 47
membres (9.7 %) demeurent hors des États-Unis. 246 membres (50.8 %) ont
une adresse de courrier électronique et reçoivent le bulletin
du FMS par courriel. (Oct 2002)
En Europe, il y a 25 membres répartis comme suit : 2 en Allemagne, 7
en Angleterre, 1 en Autriche, 5 en Belgique, 1 au Danemark, 1 en Espagne, 1
en France, 3 en Hollande, 1 en Irlande, 3 en Suède. Le responsable régional
pour l'Europe est Gérard Barmarin. europe@uvminerals.org
Bibliographie
- Il y a un article sur la fluorescence des
minéraux dans la revue Minéraux et
Fossiles. Novembre 1994 - N° 223 commander
/ order
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- The Collector's Book of Fluorescent Minerals, by Manuel Robbins, 1983,
ISBN 0-442-27506-4 ($ 167) commander
/ order
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- Ultraviolet Light and Fluorescent Minerals , by Warren, Gleason, Bostwick,
Verbeek, 1995, ISBN 0-9635098-0-2 ($ 41) commander
/ order
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- Gems and Minerals Under Ultraviolet Light, by Manuel Robbins, 1994,
ISBN 0-945005-13-X ($ 40) commander
/ order
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- The Henkel Glossary of Fluorescent Minerals, Journal
of the Fluorescent Mineral Society - Special Issue Vol.
15 1988-1989 ($ 18.50 / $ 21.50
Europe) commander
/ order
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- Photographing Minerals, Fossils, and Lapidary Materials, by Jeffrey
A. Scovil , 1996, ISBN 0945005210 ($40.00)
commander
/ order
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Allemagne
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- Au Musée Minéralogique de
l'université de
Hambourg, il y a une vitrine
Ondes Longues
présentant 30 minéraux
différents. Mineralogisches Museum
Universität Hamburg, Grindelallee 48, D-20146
Hamburg. Phone. +49-40-42838 - 2058/51, Fax. +49-40-42838
- 2422. Öffnungszeiten: Mi: 15.00-18.00 Uhr. An
Feiertagen geschlossen. Sonderöffnungszeiten
für Gruppen nach Vereinbarung. Der Eintritt ist
kostenlos. www.rrz.uni-hamburg.de/mpi/museum
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- Au premier étage du Musée
Minéralogique de l'université
de Marburg une vitrine
présente 40 minéraux sous
Ondes Longues
et Ondes Courtes.
Fluoreszierende Mineralien leuchten in einer Dunkelkammer
mit ultraviolettem Licht. Mineralogisches Museum. der
Philipps-Universität Marburg. Firmaneiplatz.
D-35032 Marburg.
Tel. +49-6421-2822257, Fax: +49-6421-2827077.
Öffnungszeiten : Mi 10.00-13.00 und 15.00-18.00 Uhr,
Do/Fr 10.00-13.00 Uhr, Sa/So 11.00-15.00 Uhr. Eintritt
frei. http://www.uni-marburg.de/geowissenschaften/minmus.htm
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- Le musée de
Idar-Oberstein
présente, dans une pièce obscure, deux
vitrines de minéraux fluorescents
éclairées alternativement en lumière
normale et sous Ondes
longues et Ondes
courtes simultanément. Öffnungszeiten
täglich von 9-18 Uhr, Deutsches Edelsteinmuseum,
Hauptstraße 118, D-55743 Idar-Oberstein. Tel.:
(+49) 06781-90 09 80, Fax: (+49) 06781-94 42 66.
info@edelsteinmuseum.de http://www.landkreis-birkenfeld.de/edelsteinmuseum/default.htm
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Autriche
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- Au Musée d'Histoire Naturelle de Vienne,
il y a deux vitrines où sont exposés des minéraux
fluorescents. Les vitrines Ondes Longues et
Ondes Courtes contiennent chacune 13 minéraux
pour la plupart originaires d'Europe. Naturhistorisches Museum, Maria
Theresien-Platz. Burgring 7, 1014 Wien. http://www.nhm-wien.ac.at/NHM/
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- Dans les salles de géologie et minéralogie de la "Maison
de la Nature" dans le quartier ancien de Salzbourg,
il y a une vitrine présentant une trentaine de minéraux
classiques sous Ondes Longues et Courtes.
Das Haus der Natur - Museum of Natural History : Museumsplatz 5, A-5020
Salzburg. Tel: ++662 - 842 653. E-Mail : office@hausdernatur.at http://www.hausdernatur.at
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Belgique
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- Au "Muséum de l'Institut royal des Sciences
naturelles de Belgique (IRSNB)" à
Bruxelles. Une vitrine
intéressante avec une belle sélection de
vingt minéraux Ondes Longues
et Ondes Courtes. 29
Rue Vautier, B-1000 Bruxelles, Belgique. Info 24h/24:
Muséum, expositions, tarifs: tél. (32) 2
627 42 38 http://www.kbinirsnb.be/
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- Au Muséum d'Histoire Naturelle à
Deurne (Anvers), 70
minéraux sont présentés dans trois
vitrines Ondes Longues. Ce
Musée est installé dans une grotte
artificielle datant du 18ème siècle
situé le parc de la ville. Il existe depuis 1963
grâce à une association. Ouvert chaque
dimanche de 13 h à 18 h, d'avril à
novembre. Sécrétariat: tel. + 32 3 449 27
49. Conservateur: Tel. +32 3 321 54 38.
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- Piet Van Hool à Deurne
(Anvers) possède une belle collection de
minéraux fluorescents. Pus de 200 minéraux
exposés sous Ondes Longues
et Ondes Courtes. Sur
rendez-vous :
petrus.van.hool@pandora.be
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Espagne
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France
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- Dans la galerie de minéralogie du Muséum d'Histoire
Naturelle de Paris, un bel espace est consacré
à l'exposition d'une cinquantaine de minéraux présentés
dans 9 vitrines Ondes Longues et
Ondes Courtes. Quelques très belles pièces. La
moitié des spécimens provient d'Amérique du nord
et du Canada. Deux Sodalites peu courantes... de Guinée. 18 rue
Buffon, F-75005 Paris. tél. 01 40 07 93 00 http://www.mnhn.fr/
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- Au Musée de l'École des Mines de Paris,
il y a une petite vitrine Ondes Longues contenant
douze minéraux fluorescents classiques. 60 Bd St Michel, F-75006
Paris. tél. 01 40 51 91 39
http://www.musee.ensmp.fr/mineral/
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- La Maison des Minéraux (dans le Parc Naturel Régional
d'Armorique) à Crozon présente
en permanence une soixantaine de variétés différentes
de minéraux fluorescents. Ces minéraux sont exposés
sur un grand mur et dans six vitrines éclairées alternativement
en lumière normale et sous Ondes longues
et Ondes courtes simultanément.
Cette présentation murale est très esthétique et
c'est certainement une des plus belles expositions en Europe. Route
du cap de la chèvre, Saint-Hernot, F-29160 Crozon. tél.
02 98 27 19 73, fax. 02 98 27 08 68 http://www.crozon-morgat.com/maison-mineraux/
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- Au Muséum d'Histoire Naturelle de Lyon,
une quarantaine de minéraux (fluorites, autunites, strontianite…)
accompagnent quelques fossiles (coraux, dent de mastodonte). Ces minéraux
et fossiles fluorescents occupent deux vitrines spécialement
aménagées pour mettre en valeur leurs teintes aussi inhabituelles
qu'exceptionnellement variées. L'une est alternativement éclairée
en lumière normale et en lumière ultra-violette de 2537
angströms de longueur d'onde (Ondes courtes),
ce qui permet de comparer les effets dus à la " lumière
noire " par rapport à l'aspect terne des mêmes minéraux
éclairés par la " lumière du jour ". L'autre est
éclairée en permanence par une lumière " ultra-violette
" de 3650 angströms (Ondes longues).
http://www.museum-lyon.org
>>> Attention, le Muséum
ne reçoit plus de public à partir du 1er juillet 2007
et se redéploie entre le CCEC (Centre de conservation et d'Etude
des Collections) et le Musée des Confluences (ouverture fin 2009)
.
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Luxembourg
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- Le Musée national d'histoire naturelle de Luxembourg
possède deux petites vitrines présentant des minéraux
fluorescents. 25, rue Münster. L-2160 Luxembourg. Tél :
(352) 46 22 33-1 http://www.mnhn.etat.lu/default.asp
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Norvège
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- Au Musée de Minéralogie et Géologie d' Oslo,
il y a une vitrine contenant 50 pièces représentant 27
minéraux fluorescents différents sous Ondes
Longues et Ondes Courtes. Mineralogisk-Geologisk
Museum, Universitetet i Oslo, Sars' gate 1, N-0562 Oslo, Norway . Tél.
+47 22851647. Fax. +47 22851800 http://www.toyen.uio.no/toyensider/engelsk.html
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Suède
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- Dans le Musée de minéralogie de
Långban, une vitrine
présente des minéraux sous
Ondes Courtes.
Långbans Mining Village: Hyttbacken, S-682 92
Filipstad, Tel +46(0)590-221 81, -221 15. Fax. +46
(0)590-221 56. http://www.wermlandsmuseum.se/utgaard/elangban.htm
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Suisse
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- Au Muséum d'Histoire Naturelle de la Ville de
Genève, 58
minéraux fluorescents et phosphorescents
exposés dans une vitrine sous lumière
ultraviolette Ondes Longues
, Ondes Courtes et en
lumière naturelle. Route de Malagnou 1, CP 6434,
CH-1211 Genève 6, Suisse. tél. (41) 22 418
63 00, fax (41) 22 418 63 01 http://www.ville-ge.ch/musinfo/mhng/
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- Le Musée cantonal de géologie de
Lausanne a reçu un
don important de minéraux fluorescents de Mme
Wendula Lasserre de Lausanne. Cette donation est à
l'origine de la création d'une galerie de
minéraux fluorescents, ouverte au public depuis
juin 1996. Dans cette pièce obscure, plus d'une
centaine de cristaux et autres substances du monde entier
sont éclairés en permanence par la
lumière ultraviolette. Palais de Rumine, 6 place
de la Riponne, CH-10014 Lausanne. tél. (41) 21 692
44 70, fax. (41) 21 692 44 75 http://www-sst.unil.ch/Musee/default.htm
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- Au Musée d'Histoire Naturelle de
Fribourg, la salle de
minéralogie a été
complètement rénovée et dans une
vitrine spéciale sont exposés une dizaine
de minéraux et roches fluorescents. Chemin du
Musée 6, CH-1700 Fribourg. tél. (41) 26 300
90 40, fax. (41) 26 300 97 60 http://www.etatfr.ch/mhn
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- Au Muséum d'Histoire Naturelle de
Berne (NMBE), il y a
quelques diamants présentés sous
Ondes
Longues . Bernstrasse
15, CH-3005 Berne. tél. (41) 31 350 72 44
http://www-nmbe.unibe.ch/
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Taiwan
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- In the RockHounds museum in
Taipei, there is a special
fluorescent room. It can accomondate about 20 people to
wake in to see at the same time. The
Shortwave show case contain
about 150 specimens. They are two
Longwave showcases on both
end of the shortwave case. They contains about 50 or so
minerals (and fossils now) with one life scopion (fl.
bluish white) in a fish bowl. The RockHounds Museum, 1st
Fl., 33, Lane 143, TongHua Street, Taipei, Taiwan 106,
Rep. of China. Tel 886-2-2737-3727 Fax 886-2-2737-0676
http://www.apple.com.tw/RockComp
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USA
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© Patrick Arweiler
& 