Grenat
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| Grenat Catégorie IX : silicates[1] | |
 cristal de grenat brut | |
| Général | |
|---|---|
Numéro CAS | |
| Formule chimique | X2+3Y3+2[SiO44−]3 |
| Identification | |
| Couleur | variable : rouge-brun, vert foncé, noir |
Classe cristalline et groupe d'espace | cubique-hexaoctaédrique, Ia3d |
Système cristallin | cubique |
Réseau de Bravais | cI |
Cassure | conchoïdale à irrégulière |
Échelle de Mohs | 6-7,5 |
Trait | blanc |
Éclat | vitreux à résineux |
| Propriétés optiques | |
| Propriétés chimiques | |
Densité | 3,5-4,3 |
| Propriétés physiques | |
Magnétisme | ferromagnétique |
Radioactivité | aucune |
| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
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Grenat désigne une famille de minéraux du groupe des nésosilicates cristallisant dans le système cristallin cubique (ou isométrique). Les grenats de qualité gemme sont des pierres fines.
Employé seul, le terme grenat est quasi synonyme de pyrope-almandin. La plupart des grenats sont en effet de composition intermédiaire (solution solide) entre ces deux espèces (pôles purs)[2].
Une roche formée presque exclusivement de grenat est appelée une grenatite. Le grenat est également un composant important de certaines roches métamorphiques (éclogites, paragneiss), dans lesquelles il permet de reconstituer l'histoire de leur pression et de leur température[3].
Sommaire
1 Historique
1.1 Étymologie
1.2 Histoire
2 Propriétés
2.1 Définition - Composition
2.2 Structure
2.3 Couleurs
2.4 Autres propriétés
2.5 Grenats les plus remarquables
3 Grenats synthétiques
4 Applications
4.1 Joaillerie
4.2 Industrie
4.3 Traditions et croyances
5 Notes et références
6 Voir aussi
6.1 Articles connexes
6.2 Liens externes
Historique |
Étymologie |
Les grenats sont connus depuis très longtemps puisque Théophraste (v. 372 – v. 287 av. J.-C.) les avait déjà dénommés anthrax (signifiant charbon). Puis, ils furent décrits par Pline l'Ancien, naturaliste du début de notre ère (23-79 apr. J.-C.) qui dénomma le grenat almandin carbunculus (en français : charbon ardent), en corrélation avec sa couleur la plus répandue.
Le nom « grenat » est quant à lui plus récent puisqu’il date de 1270. Il fut utilisé pour la première fois par le théologien et philosophe allemand Albert le Grand (1193-1280) qui l’aurait ainsi nommé soit à partir du nom latin malum granatum (pomme à grains, grenade), pour sa couleur, soit à partir de granum (grain) pour sa forme.
Histoire |
Intaille sassanide en grenat au portrait d'un roi avec l'inscription en pahlavi : « le seigneur mazdéen Sabuhr, roi des rois d'Eran »
Carte des principaux pays producteurs de grenats dans le monde
Les grenats sont utilisés en joaillerie depuis des milliers d’années. En ces temps anciens, ils étaient connus sous le nom d'escarboucle ou de gemme rouge.
Historiquement, l'importance des variétés non gemme du grenat tient au fait que cette pierre, beaucoup moins rare que le saphir ou le rubis, servait à graver les agates, jaspes, ivoire, etc. Sous forme de poudre abrasive le grenat servait à dégrossir et polir à moindre coût ces mêmes pierres, notamment le quartz, moins dur. Faute de corindons de qualité non précieuse, on utilisait alors du grenat, très commun. C'était donc l'abrasif historique de référence sur le plan de la disponibilité et de la dureté.
Dans les temps anciens, certains grenats de par l'absence d'une certaine méthodologie d'identification des pierres précieuses (tests empiriques peu rigoureux) étaient parfois, au même titre que les spinelles, confondus avec des rubis, notamment dans la variété des grenats pyropes. Mais la grande différence de dureté entre ces pierres ainsi que le clivage permettait aisément d'éviter toute supercherie.
Le grenat connut un essor particulier lors de la chute de l'Empire romain, et ce auprès des joailliers « barbares » reprenant le style byzantin en y ajoutant leur savoir-faire du cloisonné et autres techniques typiques de ces contrées.
Par exemple, au musée des Antiquités Nationales de Saint-Germain-en-Laye, ou au musée de Cluny, on peut voir des bijoux mérovingiens comportant des grenats, notamment des fibules. Les grenats y sont systématiquement polis grossièrement et jamais facetés afin de préserver au mieux le volume initial de la pierre brute.
En 1892, les Hunzas ont utilisé des projectiles faits de grenats contre les troupes britanniques au Cachemire, pensant que leur action meurtrière était supérieure aux balles de plomb.
Propriétés |
Définition - Composition |
Les grenats sont formés de trois groupements silicate associés à des cations métalliques divalents et trivalents, de formule générale X3Y2(SiO4)3, où :
- X est un élément de degré d’oxydation II (2 charges positives : cation X2+), en site en forme de dodécaèdre triangulaire de coordinence 8 : Mg, Ca, FeII, ou MnII ;
- Y est un élément de degré d’oxydation III (3 charges positives : cation Y3+), en site octaédrique de coordinence 6 : FeIII, Al, Cr, Y, terres rares, voire Zr (grenat kimzeyite) ou V (grenat goldmanite) ;
- Si est le silicium (de degré d'oxydation IV : cation Si4+), en site tétraédrique de coordinence 4 ;
- la totalité des sommets des tétraèdres (qui sont aussi les sommets des octaèdres et des dodécaèdres) sont occupés par des anions O2-.
On définit ainsi toute une famille de minéraux que l’on décompose en fonction de ces éléments. Les Anglo-saxons, depuis Winchell en 1933, préfèrent décomposer la famille des grenats à partir des éléments bivalents, dont l’élément principal est le calcium.
On distingue ainsi deux groupes de grenats :
- les grenats calciques ou ugrandites (Uvarovite GRossulaire ANDradite) ;
- les grenats alumineux, ou pyralspites (PYRope ALmandin SPessartite).
| série | ugrandite | pyralspite | |||
| Y= | X= | Ca2+ | Fe2+ | Mg2+ | Mn2+ |
| Al3+ | grenats alumineux | grossulaire | almandin | pyrope | spessartite |
| Fe3+ | grenats ferrifères | andradite | sciagite | khoarite | caldérite |
| Cr3+ | grenats chromifères | uvarovite | — | hanléite | — |
Le Ti intervient jusqu'à 1 % dans l’almandin et 5 % dans les mélanites, variétés noires d’andradite (on peut même atteindre 20 % de Ti).
L’yttrium peut intervenir dans d’autres grenats comme les spessartines qui peuvent contenir jusqu’à 5 % de Y2O3 ou du Zn.
Structure |
Les grenats sont des silicates et plus précisément, des nésosilicates, du grec nesos (île), car ils sont formés de tétraèdres [SiO4] isolés, non reliés entre eux.
La structure consiste en un réseau tridimensionnel d'octaèdres et tétraèdres qui partagent des sommets, constitués par des atomes d'oxygène. Tous les oxygènes sont identiques, chacun étant à la fois un sommet d’un octaèdre et d’un tétraèdre.
Dans l’espace entre ces polyèdres on trouve des cavités en forme de dodécaèdres triangulaires, dans lesquels se placent les cations bivalents à coordination 8. Ces cavités peuvent être décrites comme des antiprismes tétragonaux déformés de façon telle que les sommets ne sont plus coplanaires.
La maille est de dimension très importante puisque qu'elle contient pas moins de 96 atomes d'oxygène.
Aucun clivage n’a été observé.
Les grenats sont des minéraux isomorphes, du groupe 4/m32/m du système cubique, avec des formes dérivées :
- en dodécaèdre rhombique (ou rhombododécaèdre) surtout dans les roches métamorphiques ;
- en tétragonotrioctaèdre (ou trapézoèdre) plutôt dans les pegmatites.
Couleurs |
Du fait du nombre conséquent des différents éléments chimiques qui les constituent, les grenats présentent une large palette de couleurs, allant du jaune au rouge en passant par le vert et le noir, seule la couleur bleue n’est pas représentée.
Bien que la couleur idiochromatique prédominante des grenats (c’est-à-dire correspondant aux éléments principaux du minéral) soit le brun rouge due à la présence de fer pour les grenats pyralspites, les grenats ugrandites ou grenats calciques, ne sont généralement que faiblement colorés en propre et sont donc particulièrement sensibles aux éléments d’impuretés (colorations allochromatiques).
L’uvarovite, bien qu’appartenant au groupe des ugrandites, est un exemple marquant de coloration idiochromatique. Sa couleur d’un vert profond a la même origine que celle de l’émeraude : elle est due à la présence de chrome-III en site octaédrique en liaison covalente avec l’oxygène.
Certains éléments chimiques secondaires peuvent se substituer dans le réseau des grenats aux cations pour les colorer de manière allochromatique (relative à des impuretés). Les ions Cr3+, V3+ et Ti3+,4+ peuvent conférer à ces grenats un tout nouvel attrait et une nouvelle notoriété.
Ainsi, peut-on citer les variétés de grenat tsavorite, grenat grossulaire coloré en vert par la présence de vanadium, et le grenat démantoïde dont la couleur verte spécifique est due à la présence de chrome dans de l’andradite, andradite elle-même appelée mélanite lorsqu’elle est colorée en noir par la présence de titane sous l’effet de la transition électronique Fe3+ - Ti4+, qui colore également les saphirs en bleu. Enfin, n’oublions pas les grenats malais, qui s’ils sont riches en vanadium, réagissent aux UV et émettent alors dans des couleurs différentes de leurs couleurs d’émission sous lumière blanche.
Certains grenats sont parfois étoilés. Un grenat est qualifié d'« étoile » lorsque de fines inclusions aciculaires et parallèles créent un phénomène optique d'astérisme, phénomène de réfraction de la lumière selon diverses directions, qui fait apparaître une étoile. Cette étoile a fréquemment quatre branches, plus rarement six branches.
Autres propriétés |
La dureté des grenats (7-7,5) les fait parfois utiliser dans l'industrie comme abrasifs (en particulier les pyropes plus denses car formés sous de fortes pressions) mais on leur préfère toutefois le corindon plus dur (9).
Les grenats sont également étudiés par les géologues en tant que géothermobaromètre. Ils permettent de déterminer la température et/ou la pression de formation d'une roche. Les géologues exploitent cette propriété pour déterminer si une roche a subi les conditions favorables de pression et de température pour renfermer des diamants ou du pétrole.
L’obtention de grenats synthétiques se fait à 500 °C et 500 bars de pression d’eau, l’eau sous pression permettant de diminuer la température de formation.
Grenats les plus remarquables |
Démantoïde
Les minéraux de la famille des grenats sont de couleurs très variées :
pyrope : rouge feu tirant légèrement sur le brun (origine : Bohême, Afrique du Sud, Australie, Madagascar) ;
rhodolite (variété limineuse de pyrope) : rouge rosé à tendance violette (USA, Madagascar, Ceylan, Brésil, Zambie, Tanzanie) ;
almandin : rouge brique pouvant aller sur le violet, souvent « chevé » (on le creuse par en dessous afin d'en adoucir la teinte) pour l'éclaircir, possibilité d'astérisme (Ceylan, Inde, Afghanistan, Brésil, Bohème) ;
spessartine : orange à brun-rouge (dénommé « Fanta color » sur les sites de production) (Ceylan, Brésil, USA, Madagascar) ;
hessonite (grossulaire) : orange foncé (Ceylan) ;
tsavorite (grossulaire) : vert intense (Tanzanie) ;
démantoïde (andradite) : vert prairie à émeraude ; le plus précieux des grenats (Oural et Piémont).
Grenats synthétiques |
La structure cristallographique des grenats a été étendue à partir du prototype pour inclure des composés chimiques de formule générale A3B2(C O4)3. A la place du silicium, de nombreux éléments ont été placés sur le site C, incluant le Germanium, le Gallium, l'Aluminium, le Vanadium et le Fer[4].
Le grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG), Y3Al2(AlO4)3, a été utilisé comme pierre précieuse synthétique. A cause de son indice de réfraction assez élevé, le YAG a été utilisé comme imitation du diamant dans les années 1970 jusqu'à ce que les méthodes de production de l'imitation plus réaliste, la zircone cubique en quantités commerciales furent développées. Dopé avec du néodyme (Nd3+), ces grenats YAl peuvent être utilisés comme milieu amplificateur dans les lasers.
Des propriétés magnétiques intéressantes sont obtenues quand les éléments appropriés sont utilisés. Dans le grenat de fer et d'yttrium (YIG), Y3Fe2(FeO4)3, les cinq ions fer(III) occupent deux sites octaédriques et trois sites tétraédriques, les ions yttrium(III) étant coordonnées avec huit ions oxygène dans un cube irrégulier. Les ions fer dans les deux sites de coordination possèdent des spins différents, donnant un comportement magnétique. Le YIG est un matériau ferrimagnétique avec une température de Curie de 550 K.
Un autre exemple est le grenat de gadolinium-gallium, Gd3Ga2(GaO4)3 qui est synthétisé en vue d'une utilisation comme substrat pour l'épitaxie en phase liquide de films de grenat magnétique pour les Mémoires à bulles et des applications magnéto-optiques.
Applications |
Joaillerie |
Cristal de grenat taillé
Les grenats sont utilisés en joaillerie pour réaliser des bijoux divers.
Une industrie joaillère du grenat existe dès le Moyen Âge en Roussillon, à partir de minéraux locaux. Elle est en plein essor au XIXe siècle, puis décline au XXe siècle, mais existe encore de nos jours[5].
Industrie |
Les grenats artificiels ont d’autres applications que l’utilisation en joaillerie. Par exemple, les grenats fer-yttrium (YIG) ont des propriétés magnétiques, et sont utilisés comme capteurs, servo-commandes et comme substrat de micro-ondes.
La plupart des grenats artificiels ne sont pas des silicates mais du YAG (yttrium aluminum garnet) Y33+Al53+O122- et sont dopés pour être fortement fluorescents.
L’oxyde d’yttrium est utilisé en céramiques spéciales pour former in situ de l’yttrogrenat (YAG) par réaction avec l’alumine.
La présence d'yttrium crée, en surface des grains d’alumine, des lacunes qui peuvent migrer au cœur de l’alumine et faciliter son frittage.
Les grenats naturels sont aussi largement employés en tant qu’abrasifs (pyrope).
Notamment le grenat almandin, largement utilisé en découpe au jet d'eau abrasif.
Aujourd’hui, la géothermobarométrie, appliquée sur les grenats naturels, permet de définir les conditions de pression et de température sous lesquelles une roche s’est formée, et ainsi de définir la possibilité d’y trouver pétrole ou diamant.
Traditions et croyances |
Diverses croyances lui accordent une grande importance :
- Selon le Coran, le quatrième ciel est composé d’escarboucles.
- Selon l’astrologie védique, le grenat hessonite est le talisman qui protège des influences démoniaques du corps céleste nommé Rahu.
Le grenat est également considéré comme une pierre sacrée par nombre de tribus indiennes d’Amérique.
Le grenat serait supposé, selon des croyances populaires, protéger des blessures et du poison, arrêter les saignements, symboliser la vérité et la fidélité, et apporter prospérité.
C'est surtout la pierre semi-précieuse traditionnellement associée par les joailliers au mois de janvier en ce qui concerne les naissances.
Notes et références |
La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
(en) « Garnet: The gemstone Garnet information and pictures », sur www.minerals.net (consulté le 26 juillet 2015).
« METAMORPHISME - THERMOBAROMETRIE », sur christian.nicollet.free.fr (consulté le 26 juillet 2015)
S. Geller Crystal chemistry of the garnets Zeitschrift für Kristallographie, 125(125), pp. 1–47 (1967) DOI:10.1524/zkri.1967.125.125.1
Maurice Courtet, Institut du Grenat, Grenats de Perpignan, grenats des Pyrénées-Orientales, 11 décembre 2010
Voir aussi |
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Articles connexes |
- Grenat de fer et d'yttrium
Liens externes |
- Institut du grenat
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