Étude spectroscopique de la couleur des minéraux-gemmes : euclase et béryl

Spectroscopic study of the color of gemstones : euclase and beryl

• Auteur / Autrice : Laëtitia Gilles-Guéry
• Direction : Laurence Galoisy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Gourier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Louisiane Verger, Éloïse Gaillou, Jean-Claude Boulliard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Gourier, Gérard Panczer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gisements

Béryl

Industrie et commerce

Gemmes

Oxydes des métaux de transition

Propriétés physico-chimiques

Spectroscopie d'absorption

Coloration

Silicates de béryllium

Mots clés libres

Gemmes naturelles

Euclase

Béryl

Couleur

Etat d'oxydation

Condition de formation

Valorisation de la ressource

Natural gems

Euclase

Beryl

Color

Oxidation state

Resource development

Formation condition

Résumé

Le développement économique des filières gemmifères repose sur la compréhension de la couleur des minéraux-gemmes et l’identification de leur origine. Les travaux de cette thèse se focalisent sur deux silicates de béryllium de qualité gemme : l’euclase et le béryl. L’euclase est une pierre méconnue, rare, valorisable en tant que gemme de collection. Le béryl est une gemme davantage connue et répandue, utilisée en joaillerie. Ces deux gemmes se déclinent en plusieurs couleurs exceptionnelles, notamment, l’euclase rose et le béryl bleu-lagon qui seront étudiés dans cette thèse. La coloration des gemmes est principalement liée à des ions de métaux de transition, comme le fer et le manganèse, et dépend des conditions oxydo-réductrices lors de leur formation. L’utilisation d’une approche multi-techniques spectroscopiques (OAS, RPE, XANES, EXAFS) couplée avec des calculs ab-initio a permis d’obtenir de nouvelles données sur les phénomènes optiques à l’origine de la couleur de ces gemmes. L’étude spectroscopique des euclases roses, bleues, incolores et zonées a mis en évidence une relation entre la couleur et l’état d’oxydation du Fe et du Mn lors de la formation de ces gemmes, impliquant des conditions oxydo-réductrices spécifiques pour les fluides hydro- thermaux. La couleur bleue des aigues-marines a été identifiée, mais est toujours sujet à controverse. L’utilisation de la polarisation en spectroscopie (OAS et EXAFS) apporte de nouveaux éléments de réflexion sur la nature du transfert de charge par intervalence Fe2+?Fe3+ dans les béryls.

The economic development of the gem sector is based on the understanding of the gem- stones colors and the identification of their source. This thesis work is focused on two Be- bearing silicates of gem-quality : euclase and beryl. Euclase is an overlooked seldom stone, recognized for its interest to gem and mineral collectors. Beryl is a well-known and wides- pread gem, used in jewellery. These two gemstones present various special colors, as pink euclase and blue-lagoon beryl, which are studied in this thesis. The coloration of gems is mainly due to transition elements, as iron and manganese, and depending on the redox conditions during their formation. The use of a multi-technical spectroscopic approach (OAS, RPE, XANES, EXAFS) combined with ab-initio calculations allows to get new data about the optical phenomenon at the origin of gem colors. The spectroscopic study of pink, blue, colorless and zoned euclases shows the relation between the color and the oxidation state of Fe and Mn during the formation of these gems, inducing specific redox conditions for the hydrothermal fluids. The blue color of aquamarines has been identified, but is still a controversial issue. The use of polarization in spectroscopy (OAS and EXAFS) gives new reflection elements about the nature of intervalence charge transfer Fe2+?Fe3+ in beryls.