La famille multicolore des grenats

Ces différents types chimiquement purs n’existent que sous forme de cristaux synthétiques ; les cristaux naturels sont impurs et constituent généralement des formes de transition entre les différents types mentionnés.

Les grenats se divisent en deux groupes chimiques distincts, désignés par la première lettre de chaque minéral. Par exemple, le groupe des pyralspites comprend les grenats riches en aluminium : pyrope, almandine et spessartine. Le groupe des ugrandites comprend les grenats riches en calcium : uvarovite, grossulaire et andradite. Le grossulaire est un grenat riche en calcium et en aluminium, et possède donc des propriétés communes aux deux groupes.

Outre la variété susmentionnée, d’autres types de grenats sont faciles à imaginer ; après tout, il existe d’autres éléments qui peuvent être intégrés à la formule chimique générale des grenats. Par exemple, il existe la kuorringite synthétique (Mg3Cr2Et3012) et Goldmanite (Ca3Dans2Et3012De plus, des grenats sans silicate ont été préparés synthétiquement et utilisés comme substituts du diamant. Par exemple, le YAG (Y3Al2Al3012) un GGG (Gd3Ici2Ici3012) des « années soixante dorées ».

Un cristal visible à l’œil nu contient la formule minéralogique des milliards de fois. Le plus petit grenat possible est constitué d’une seule unité de formule ; on l’appelle molécule. Un cristal, quelle que soit sa taille, est donc composé de milliards de molécules de grenat. Chaque type de grenat ayant sa propre composition chimique, ces caractéristiques ont des valeurs physiques.

Les grenats déjà décrits possèdent tous une composition chimique idéale et théorique, rarement rencontrée dans la nature. Les grenats naturels sont généralement des mélanges. Lors de leur cristallisation, divers ions divalents et trivalents sont présents. Par exemple, un grenat naturel contiendra simultanément du magnésium (Mg).2+ dans la foi2+ contiennent. Les molécules de pyrope et d’almandine se forment en parallèle.

Il se forme un « cristal mixte » dont la composition chimique se situe entre celle des deux pôles purs correspondants. Le pyrope et l’almandine sont miscibles en tout rapport. Ils forment une série de cristaux mixtes.

Un cristal mixte, par exemple, est constitué de deux composants : des molécules de pyrope et d’almandine. La plupart des grenats naturels sont des cristaux mixtes, composés de deux éléments purs ou plus (en proportions variables). Les cristaux mixtes sont généralement homogènes d’un point de vue optique ; on peut les comparer à des solutions solides. Dans un cristal, 40 % des molécules d’almandine sont « dissoutes » dans 60 % de pyrope.

Certains grenats permettent un mélange limité avec d’autres types de grenats. Les grenats du groupe de la pyralspite présentent une miscibilité significative. De même, les grenats du groupe de l’ugrandite sont intermiscibles. Cependant, le mélange de grenats appartenant aux deux groupes est très rare. Les espaces intermédiaires où des rapports de mélange inexistants se produisent dans la nature sont appelés « lacunes de miscibilité ».

Les grenats authentiques présentent différentes variétés. Le principe de miscibilité entre deux composés chimiques partageant la même structure cristalline engendre une grande diversité de cristaux mixtes. Leur couleur, leur indice de réfraction et leur densité sont également influencés par les propriétés des éléments purs. Le type de grenat formé lors de la cristallisation dépend du matériau disponible, des facteurs géologiques locaux et des facteurs physico-chimiques. La dénomination correcte des différents grenats est souvent précédée d’analyses chimiques non destructives, dont les résultats fournissent des données quantitatives sur les éléments purs contenus dans les grenats.

Grenats pyrope-almandin : Les grenats les plus courants sont les pierres rouges de la série mixte pyrope-almandin. Si le pyrope incolore contient de 10 à 40 % d’almandin, il développe une agréable couleur rouge. Des concentrations plus élevées d’almandin donnent des grenats plus foncés ; l’almandin pur est d’un rouge très foncé. La rhodolite est une variété de pyrope-almandin (rouge violacé clair) contenant de 10 à 25 % d’almandin.

Quelques pour cent de molécules d’almandine suffisent à produire des effets de couleur. Par conséquent, les spectres d’absorption des rhodolites claires présentent des groupements almandine à 575, 527 et 507 nm. Le pyrope, incolore à l’état pur, peut être coloré par des grenats autres que l’almandine. Les variétés idiochromatiques spessartine (jaune) et knorringite (rouge) sont miscibles avec le pyrope. Le chromopyrope rouge sang contient une petite quantité de molécules de kuorringite (Mg3Cr2Et3LE12).

Certains grenats, essentiellement composés de mélanges de pyrope et d’almandine, contiennent encore un faible pourcentage de grossulaire et de spessartine ou quelques molécules d’andradite, ces deux derniers pôles pouvant influencer la couleur. Le grossulaire et la grossulaire sont incolores à l’état pur, mais l’ajout de grenats idiochromatiques donne naissance à des cristaux mixtes aux couleurs particulières (allochromatique) avec des couleurs comme le rouge, le vert et le brun.

Les molécules d’almandine, d’andradite, d’ouvarovite et de goldmanite sont principalement responsables de la décoloration. De petites particules de grenat contenant du fer (almandine et andradite), généralement combinées, produisent des colorations rouges, oranges et brunes. Les hessonites sont représentatives de cette variété de grossulaire. Leur caractéristique optique est une structure granulaire, ressemblant à des tourbillons au microscope. Ceci est dû à la structure polycristalline de l’hessonite. Les hessonites ne sont donc pas des cristaux individuels, mais des agrégats polycristallins, comme ceux que l’on trouve dans certains grossulaires. Grossulaire est le nom correct de cette forme. Les grossulaires verts peuvent également avoir une structure polycristalline ; la grossulaire verte (ou hydrogrossulaire) est appelée « jade du Transvaal » (une appellation erronée). De nombreuses grossulaires sont composées non seulement de fragments de grossulaire, mais aussi de vésuvianite ou de chromite. Ainsi, on peut trouver des variations allant du grossulaire avec des cristaux individuels aux roches entièrement composées de grossulaire ; les densités correspondantes peuvent différer considérablement de celles du grossulaire pur. Actuellement, les grossulaires les plus importants sont les tsavorites (vertes), que l’on trouve principalement dans le parc national de Tsavo au Kenya. Leur couleur est due à la présence de vanadium et/ou de chrome, éléments également présents dans la goldmanite.Que3(Dans3+Al,Fe3+)2(Pas4)3.de ouvaroviet.

Les deux produisent une couleur vert émeraude. Cependant, les molécules riches en vanadium prédominent généralement. La spessartine et les grenats riches en spessartine, ainsi que la spessartine jaune et pure de tailles intéressantes pour la taille de pierres précieuses, sont rares à l’état naturel. Un gisement en Californie livre des gemmes jaune-orangé dont la teneur en spessartine atteint 90 %. La spessartine riche en almandin est la plus fréquente, cette dernière passant d’un orange foncé à un brun clair. Il est impossible de distinguer les spessartines riches en almandin de celles contenant une forte proportion de pyrope uniquement par leurs indices de réfraction et leurs densités respectives. Une analyse spectroscopique est alors nécessaire pour déterminer les teneurs exceptionnellement élevées en spessartine grâce aux bandes d’absorption UV-visible à 432, 424 et 412 nm. Les raies (plus faibles) à 573, 520, 504 et 408 nm sont également visibles dans les roches à prédominance de spessartine.

La spessartine forme souvent des cristaux mixtes avec le pyrope, l’almandin et le grossulaire. Un phénomène particulier s’observe dans de rares cas lorsque ces cristaux mixtes de spessartine et de pyrope contiennent du vanadium : à la lumière du jour (riche en bleu), ils apparaissent bleu-vert ou vert olive ; sous une lumière incandescente (riche en rouge), ils deviennent violets ou brun rougeâtre. Elles changent donc de couleur comme l’alexandrite.

Des grenats mixtes d’une variété importante de gemme (groupe des pyralspites avec une faible proportion de grossulaire) proviennent de la vallée d’Umba en Tanzanie. Ces cristaux mixtes, dont la couleur varie de l’orange au brun rougeâtre, sont principalement composés de pyrope (40 à 70 %) et de spessartine jaune (15 à 40 %). Une petite quantité d’almandine (5 à 20 %) leur confère une coloration rouge. Ces grenats du groupe des pyralspites sont commercialisés sous les noms de « grenat de Malaia » ou « umbalite ».

Andradite et démantoïte : L’andradite pure présente une couleur jaune-vert caractéristique et une dispersion remarquable, d’où son nom de démantoïte (diamantoïde). Les premiers démantoïtes de qualité gemme ont été découverts au début du XXe siècle dans une mine de l’Oural (voir notre article précédent). Cette mine étant épuisée depuis longtemps, les démantoïtes russes sont très recherchés par les collectionneurs. Dans certaines de ces gemmes, la dispersion est dominée par une coloration vert émeraude. Cette coloration allochromatique résulte d’une faible teneur en chrome ou de la présence d’ouvarovite. Les andradites provenant d’autres gisements sont plus jaunes et sont généralement appelées « topazolite ».

Conclusions : Les grenats constituent un groupe minéral fascinant qui nous offre des gemmes d’une grande diversité d’aspects. On trouve et taille des cristaux individuels transparents de toutes les couleurs (à l’exception du bleu pur). La plupart des couleurs proviennent de mélanges naturels de différents types de grenats lors de la cristallisation. Les nombreuses possibilités de combinaisons avec les diverses variétés colorées et incolores offrent un large spectre de couleurs. Les agrégats polycristallins (forme massive) et les pierres présentant un astérisme potentiel peuvent être utilisés comme matériau pour la taille en cabochon. Un cristal mixte d’andradite et d’almandine du Nevada (États-Unis) présente même un magnifique jeu de couleurs avec un éclat opalescent. Ce grand nombre de variétés possibles peut rendre difficile la dénomination de ces pierres. La couleur étant l’une des caractéristiques les plus importantes de nombreuses gemmes, de nombreux noms font référence à des variétés de couleur spécifiques (rhodolite, tsavorite). Les éléments chimiques responsables des différentes couleurs peuvent également colorer différents types de grenats de la même manière. Ainsi, on peut trouver des pierres de même couleur mais de compositions minéralogiques différentes. Le grossulaire et la démantoïte, riches en chrome, ainsi que le grossulaire riche en vanadium, en sont de bons exemples. Nommer correctement les grenats en tant que cristaux mixtes exige, dans certains cas, une analyse chimique approfondie et non destructive afin de déterminer leur composition finale. La nomenclature des grenats basée sur ces méthodes est minéralogiquement correcte et cohérente avec les résultats obtenus par des techniques de mesure, ainsi que par l’indice de réfraction et la densité. Une série de toponymes peut parfois prêter à confusion et désorienter les gemmologues amateurs. Pour les grenats malaia (ou umbalites) orange clair contenant 45 % de pyrope, 35 % de spessartine, 11 % d’almandine et 9 % de grossulaire, les noms « pyralspite » et « pyrope riche en spessartine » sont tous deux corrects. Malheureusement, ces termes ne donnent aucune indication de couleur ; des informations complémentaires, telles que la détermination de la couleur, sont donc les bienvenues. La définition la plus simple et la plus correcte serait « grenat de couleur orange », mais cette définition inclut également la spessartine et l’hessonite de la même couleur.