Etude Comparative: LES INCLUSIONS DANS LES GRENATS DEMANTOIDES

Morales Anaïs

Source : @demantoidural

Sommaire

Ø Introduction…...................... page 1

Ø I. Histoire du grenat démantoïde...................... page 2

·       La découverte du grenat des Tsars                       page 2

·       Les différents gisements de grenat démantoïde

Ø II. Les propriétés du grenat démantoïde...................... page

·       Structure et composition des grenats démantoïdes

·       Propriétés gemmologiques

·       Les causes de couleurs

Ø III. Genèse des grenats démantoïdes...................... page

·        Grenat démantoïde provenant de métamorphisme hydrothermal

·        Grenat démantoïde provenant de métasomatose

Ø  IV. Les inclusions…...................... page

·        Les inclusions provenant des grenats de type I

·        Les inclusions dans les grenats de type II

Ø Conclusion…...................... page

Ø Bibliographie…...................... page

INTRODUCTION

L’andradite est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des nésosilicates de la famille des grenats, de formule Ca3Fe2(SiO4)3 comportant des traces de Ti, Cr, Al et Mg. Dans cette espèce minérale on peut distinguer trois variétés d’andradite spécifique dont font partie la topazolite, la mélanite et le grenat démantoïde. Au départ seule la variété noire de Mélanite était connue mais on ne pensait pas qu’elle appartenait réellement à la famille des grenats. Le nom andradite fût donné à cette Mélanite en 1868, en hommage à José Bonifacio de Andrada e Silva, professeur minéralogiste et fondateur de l’Ecole des Mines à Ouro Preto, au Brésil et fût en même temps reconnue comme appartenant à la famille des grenats. Nous nous concentrerons dans ce mémoire sur l’étude de l’andradite variété grenat démantoïde qui se distingue notamment des autres andradites par sa couleur pouvant aller d’un vert jaune à un vert émeraude intense. En comparaison la Topazolite et la Mélanite sont respectivement de couleur brune et noire, donc beaucoup moins attractives. Le but de ce mémoire est de faire une étude comparative entre les différentes inclusions présentes dans le grenat démantoïde en fonction des types de dépôts rencontrés.

I.                    Histoire du grenat démantoïde

·        La découverte du grenat des Tsars.

Le grenat démantoïde a été découvert à la fin du 19ème siècle et plus précisément en 1853 dans les Monts de l’Oural en Russie. On l’a retrouva dans un dépôt alluvionnaire a environ 110 km de Ekaterinburg, le long de la rivière Bobrovka. Elle fût d’abord identifiée comme étant du péridot avant qu’un minéralogiste finlandais Nils Von Nordensheld, une dizaine d’années plus tard découvrit qu’il s’agissait en fait d’une variété d’andradite verte. Son nom signifie « comme le diamant » en référence à sa dispersion élevée.

Cette pierre fût très prisée les collectionneurs et des nobles de Russie et notamment par le joaillier Fabergé qui créa des œufs de Fabergé couvert de grenats démantoïdes. D’ailleurs la maison Fabergé utilise encore des grenats démantoïdes dans ses créations comme on peut le voir ci-contre. On retrouve beaucoup de grenat démantoïde sur les bijoux de la période Victorienne en France et en Angleterre.

Le grenat démantoïde fût actif sur le marché jusqu’à 1917 avec la révolution russe, mais reprit dès 1990.

Dès la fin du 18ème siècle on retrouve des grenats démantoïdes à Val Malenco en Italie. Ce sont des cristaux rhombiques ou dodécaédriques bien formés qui dépassent rarement les 2 ou 3 carats. On retrouve ces grenats dans des mines d’amiantes entre Dossi di Franscia et Coston d’Acquanegra. Ces dépôts se trouvent entre 1800 et 2200m d’altitude. C’est la présence de l’amiante qui a contraint les propriétaires de la mine à la fermer.

Des démantoïdes de qualité gemmes originaires de Namibie, sont apparus en 1996 avec l’ouverture de la mine du Dragon Vert. Le gisement se situe dans la région d’Erongo. Cette région continue, encore aujourd’hui, de produire du démantoïde gemme en quantité et de qualité commerciale avec une production annuelle comprise entre 5000 et 10 000 carats par an. La taille des grenats n’excède souvent pas les 3 ou 4 carats. On peut quand même y trouver des pièces exceptionnelles comme un cristal de 46 carats par exemple.

Fin 2008 on a découvert dans le nord de Madagascar un nouveau gisement près d’Ambanja. Le gisement se situe dans une mangrove à 2,5 km d’Antetezambato et à 5km de la côte. Le site est compliqué d’accès surtout en période de mousson.

Un minimum de 10% des grenats démantoïdes retrouvés sont de qualité gemmes. Les grenats démantoïdes retrouvés à Madagascar sont pour la plupart bien formés, avec un éclat et une couleur magnifique. On y retrouve des grenats démantoïdes pouvant atteindre une taille extraordinaire de plus de 8 carats.

Localisation du dépôt d’andradite dans le Nord de Madagascar

@Frederico Pezzotta

On trouvera par la suite des grenats au Pakistan dans la région du Bagh, dans la province du Baloutchistan. Ces grenats sont d’un vert vif à un vert jaunâtre.

Des grenats démantoïdes de qualité gemme furent aussi trouvés en Iran.

·        Les différents gisements du grenat démantoïde

On peut voir ci-dessus les différents gisements et endroits où des grenats démantoïdes ont pu être retrouvés, que ce soit en petite ou en grande quantité. Les trois gisements qui ont été ou qui sont encore actuellement, les trois plus gros gisements sont : La Russie, la Namibie et Madagascar. L’Iran, le Pakistan et l’Italie sont eux aussi des gisements importants. Tous les autres étant des gisements secondaires, avec de très faibles rendements ou des découvertes de grenats démantoïdes très occasionnelles.

Voici quelques exemples de grenat que l’on peut y retrouver :

Soghan, Baft County, Kerman province.

IRAN

@Lopatkin Oleg

Grenat démantoïde sur matrice d’asbeste. Malenco Valley.

ITALY

@Chinellato Matteo

Jeffrey Mine, Asbestos, Estrie, Québec

CANADA

@Roger Lang 2009

Dodécaèdre de grenat démantoïde sur matrice de schiste Ghazni Province AFGHANISTAN

@Rob Lavinsky & Irocks

Grenat démantoïde sur sépiolite Münchberg Metamorphic complex, Bavaria. GERMANY

@Conny Larsson

II.                 Les propriétés du grenat démantoïde

·        Structure et composition des grenats démantoïdes.

Les grenats englobent un groupe important de quinze minéraux rocheux isométriques ou cubiques. Seulement six d’entre eux sont importants : Pyrope, spessartite, almandin, andradite, uvarovite et grossulaire.

L’andradite Ca3Fe2(SiO4)3 provient du système cubique et forme une série avec deux autres séries : La série des grossulaires : Ca3Al²(SiO4)3 et la série Schorlomite : Ca² (Ti4+Fe3+)3O12. Les grenats sont formés de trois groupements silicatés associés à des cations métalliques divalents et trivalents de formule générale X3Y²(SiO4)3 dont les éléments chimiques peuvent varier. C’est donc une série isomorphe.

Les éléments chimiques pouvant se substituer à X et Y constituent deux séries isomorphiques. On a d’un côté la série des pyralspites et de l’autre la série des ugrandites.

@Gem-A

Les grenats sont des nésosilicates de calcium et de fer, formés de tétraèdres [SiO4] isolés, non reliés entre eux. On observe un réseau tridimensionnel d’octaèdres et de tétraèdres qui partagent des sommets, constitués par des atomes d’oxygène.

Dans la première série « pyralspite », X peut être remplacé par du magnésium (Mg), du fer (Fe) ou du Manganèse (Mn). Quant à Y, il ne peut être remplacé que par de l’aluminium (Al).

Dans le deuxième série « Ugrandite », X sera toujours remplacé par du Calcium (Ca). Y quant à lui, peut représenter du chrome (C), du fer (Fe) ou de l’aluminium (Al).

Le grenat démantoïde est donc une variété d’andradite faisant partie de la série isomorphe de l’Ugrandite de formule Ca3Y2(SiO4)3.

·        Propriétés gemmologiques

	Grenat démantoïde	Mélanite	Topazolite
Couleur	Vert-jaune à vert intense	Noir	Jaune à brun
éclat	Adamantin	Adamantin	Adamantin
Transparence	Transparent à opaque	Opaque	Transparent à translucide
Indice de réfraction	1,881 à 1,888	1,89	1,887
Système Cristallin	Cubique	Cubique	Cubique
Caractère optique	Isotrope	Isotrope	Isotrope
Dispersion	0,057	Aucune	0,057
Dureté	6,5 à 7	6,5 à 7	6,5 à 7
Elément colorant	Fer + impureté de Chrome trivalent	Fer et Titane	Fer et Titane

Filtre chelsea	Rouge à rosé	Inerte	Inerte
Densité	3,82 à 3,91	3,9	3,82 à 3,85
Gisements	Russie, Italie Pakistan, Madagascar	Mali, Namibie Chine, Thaïlande	Californie, Roumanie

L’andradite est la variété de grenat qui présente la dureté la plus faible soit 6,5 au lieu de 7,25 environ, c’est pourquoi on peut retrouver des arêtes égrisées et qu’ils ne sont généralement pas gros.

·        Les causes de couleurs

La couleur si verte qui fait du grenat démantoïde une pierre si exceptionnelle provient du fer (Fe) combiné avec des impuretés de Chrome trivalent sous forme Cr3+ en coordination octaédrique seulement dans les grenats démantoïdes provenant de serpentinite. Plus un grenat démantoïde présentera une concentration de Chrome élevée plus sa couleur verte sera intense et saturée. On observe ainsi que le pôle de l’andradite qui est un pôle presque pur laisse apparaître une couleur jaune-vert à vert du fait de la présence des ions fer.

Comme on peut le voir avec ces trois spectres, la teneur en Chrome influence l’apparition du spectre du Chrome. Les grenats démantoïdes d’Iran de par leur couleur très verte et donc de par leur concentration plus importante de Chrome montre le spectre du Chrome alors que ce spectre n’est pas visible dans la plupart des grenats démantoïdes. Par contre, la teneur en Chrome dans les grenats démantoïdes provenant de skarns est inexistante comparé aux grenats démantoïdes Iraniens et Pakistanais qui présence une très forte concentration de Chrome. En effet en terme de présence de Chrome, les grenats iraniens et pakistanais présentent jusqu’à 9000ppm de Chrome alors que les grenats russes et italien montrent une teneur allant de 3000 à 4000ppm. Comme on peut le voir dans le schéma ci-contre.

Grenat démantoïde ne montrant pas de spectre spécifique.

@Geminterest

Grenat démantoïde d’Iran montrant le spectre du Chrome avec deux bandes d’intensité faible, une bande à 645nm et une autre bande à 618nm

@Geminterest

D’autre part la présence de Titane en trace et de Fer peut entraîner un transfert de charge soit : Fe2+ -O- Ti4+.

Ce transfert de charge peut atténuer la couleur verte du grenat démantoïde car elle ajoute une couleur jaune-brunâtre laissant ainsi apparaître une Topazolite.

III.               Genèse du grenat démantoïde

Tous les grenats démantoïdes proviennent de métamorphisme. Le métamorphisme est une recristallisation sans fusion. Autrement dit, les roches de la croûte terrestre et du manteau peuvent être reformées par la température et la pression présentes dans la croûte ou le manteau. Sous les effets de la température, de la pression, de la nature des fluides ou encore de la composition chimique subies par la roche métamorphique, les transformations peuvent être minéralogiques, texturales, chimiques ou encore structurales. Les éléments chimiques sont réorganisés dans la roche et une recristallisation des minéraux se met en place. Il existe deux types différents de métamorphisme.

Ø  Le premier est un métamorphisme de contact qui est un métamorphisme de surface se produisant lorsque la température de la roche encaissante augmente lors du passage du magma. Lorsque le magma est encore très chaud et qu’il s’introduit dans une séquence de roches froides, un transfert de chaleur s’opère et la roche encaissante subit une cuisson sur ses bordures. Les minéraux de cette roche sont transformés par la chaleur et on obtient une roche métamorphique.

Cette bordure transformée s’appelle une auréole métamorphique. Sa largeur dépend de la dimension de la masse intrusive qui peut varier de quelques millimètres à plusieurs kilomètres.

Ø  Le deuxième est un métamorphisme régional, qui s’opère en profondeur et est beaucoup plus étendue. Le métamorphisme régional survient lors d’importantes d’augmentations de pression et de température. C’est notamment grâce à ce métamorphisme là que les chaînes de montagnes existent. Le phénomène provient de la rencontre de deux plaques l’une avec l’autre. Le métamorphisme régional se décompose en trois grandes transformations. Une déformation très poussée de la roche s’opère, avec un développement de minéraux métamorphiques pour se finir par le développement de la foliation métamorphique. Lors de la foliation métamorphique, les cristaux ou les particules d’une roche ignée ou sédimentaire seront aplatis, étirés pour s’aligner dans des plans de foliations grâce à l’action de la pression et de la température.

Processus de foliation métamorphique avec alignement des cristaux dans des plans de foliation.

·        Les grenats démantoïdes provenant de métamorphisme hydrothermal :

Les grenats démantoïdes provenant de métamorphisme hydrothermal sont les grenats de Russie, d’Italie, d’Iran et du Pakistan. Le métamorphisme hydrothermal se produit lors du métamorphisme régional. Comme expliqué plus haut, une croûte océanique et une croûte continentale se rencontrent. Sous la pression, la plaque océanique va glisser sous la plaque continentale, c’est la subduction. La subduction permet la remontée hydrothermale qui est à l’origine de l’altération des péridotites. Le métamorphisme des fluides contenant moins de 10% de dioxyde de carbone favorisera l’apparition de la serpentinisation due à un assemblage de chlorite-serpentinite-amphibole.

Dans chaque dépôt, les grenats se nourrissent des ions respectifs offerts par leurs environnements, qui peuvent varier considérablement. La serpentinite est une roche composée d’olivine, de pyroxène (enstatite), de serpentinite (brucite, antigorite, lizardite), de magnétite, de chlorite et de chrysotile. Le grenat démantoïde va pouvoir se former grâce à l’eau riche en fer, calcium et silice provenant des différents composants de la serpentinite. La magnétite et la magnétite riche en chrome sont des composants courants dans les grenats démantoïdes associés aux serpentinites ce qui peut expliquer une couleur verte plus intense. Ces grenats s’y sont formés à basse température (entre 300 et 400°C).

 Tuff Sediment complex

 Bobroskaya demantoid placer  Basalt sediment complex

 Granite Granodiorite

 Gabbro

 Peridotite Pyroxenite Serpentinite Rail road

Overthrust  Rail road station

 River

 Town/Village

Tochilny Kluch Primary Deposit

Dépôt alluviaux de grenat démantoïde dans la rivière proche de Bobrovka, Mont de l’Oural,

Russie. @ Wm. Revell Phillips and Anatoly S.Talantsev

·        Les grenats démantoïdes provenant de métasomatose :

Le métasomatisme est la transformation chimique d’une roche par des fluides hydrothermaux. Autrement dit, il y a dans un élément au sein de la roche remplacement d’un minéral par un autre, atome par atome, molécule par molécule. Les skarns sont des roches métamorphiques résultant d’un phénomène de métasomatisme chimique de roches dans la zone de contact entre une roche magmatique et une roche sédimentaire. C’est justement dans les skarns que l’on retrouve les grenats démantoïdes provenant de Madagascar et de Namibie. Là encore c’est l’environnement chimique qui va permettre au grenat de se former, puisque le calcaire fourni le calcium, le grès fourni la silice et la roche magmatique fourni le Fer nécessaire à sa formation.

Ce type de dépôt se caractérise par l’intrusion de pluton alcalin felsique. Par exemple à Antetezambato, les dépôts sont liés aux intrusions de granite associés à des dykes trachytiques. Les dykes trachytiques ont pénétré dans les formations sédimentaires fermées par une succession de grès, de calcaire et de mudstone.

D’autre part dans les monts Erongo en Namibie, les dépôts se trouvent dans une séquence métamorphosée transformée en une succession de schistes, de roches calco-silicatées et de marbres. Le grenat démantoïde se trouve dans ce marbre ainsi que dans les roche calco- silicatées entre les dykes et les bouchons magmatiques.

Le grenat démantoïde peut se retrouver dans des structures géométriques variables. En Russie, il est retrouvé dans des lentilles au sein des serpentinites, à Bagh Borj, il se présente sous forme de grappes présentant un habitus botryoïdal ou sous forme de cristaux euhédriques dans des lentilles de roches d’amiante à l’intérieur des serpentinites. On peut aussi le trouver dans des lentilles riches en talc comme à Kaghan, associé à de la magnétite et de la ludwigite.

Dépôt de grenat démantoïde, Madagascar @Frederico Pezzotta

IV.              Les inclusions

Comme nous venons de la voir dans la partie précédente, les grenats démantoïdes sont issus soit d’un processus de métamorphisme hydrothermal soit d’un processus de métamorphisme de contact appelé métasomatose. L’environnement géologique de formation des grenats varient en fonction de ce type de métamorphisme.

Les grenats démantoïdes de type I sont issus de dépôts de roches ultramafiques de serpentinite (métamorphisme hydrothermal). Ce sont les grenats de Russie, d’Italie, d’Iran et du Pakistan

Les grenats démantoïdes de type II sont issus de dépôts de type métamorphisme skarn (métasomatose). On y retrouve les grenats provenant de Namibie et de Madagascar.

·        Les inclusions dans les grenats de type I

Lorsque les premiers grenats démantoïdes ont été découverts, on a remarqué qu’il y avait en leur sein des inclusions fibreuses et courbes, qu’on a d’abord pris pour du byssolite. Par la suite des minéralogistes se sont rendu compte qu’il s’agissait en fait de chrysotile. On a d’abord pensé que ce type d’inclusion était spécifique au gisement Russe. Seulement après la découverte de nouveaux grenats démantoïdes en Italie, en Iran et au Pakistan, on s’est rendu compte que les inclusions en queue de cheval « horsetails » n’étaient en fait pas diagnostique des grenats de Russie mais étaient plutôt inhérente au type de dépôt. On peut retrouver cette inclusion dans n’importe quel grenat démantoïde provenant d’un dépôt métamorphique hydrothermal de serpentinite.

Ces grenats de type I se sont formés dans des roches ultramafiques principalement constitués de magnétite, de diopside, d’antigorite et de serpentinites. Les grenats démantoïdes de ce type de dépôt sont hébergés par la chrysotile (amiante), généralement orientées perpendiculairement à la foliation. C’est ce qui permet l’apparition d’inclusions fibreuses de ce même matériau dans les grenats démantoïdes.

Inclusion solide chrysotile = queue de cheval courbée x45

RUSSIE

@Geminterest

Inclusion liquide : givre de guérison en voile x45

IRAN

@Geminterest

Grenat démantoïde montrant des traces internes de faces de cristal

IRAN

DF FO 50x

@Photo Atlas

Parfois, des conduits de diopside remplacent complètement les libres de chrysotile pour dominer l’intérieur des grenats démantoïdes.

RUSSIE

DF 16x

@Photo Atlas

Inclusions de magnétite noire intense et fibres de chrysotile.

PAKISTAN

@Nathan Renfro

Inclusions fibreuses de chrysotile typique des dépôts serpentinite

ITALIE

@Vanda Rolandi

Afin de pouvoir déterminer la nature des inclusions présentes dans les grenats démantoïdes on peut avoir recourt à un spectroscope Raman au laser (SRL). Cet instrument utilise un rayon laser infrarouge, dans la lumière visible ou dans l’ultraviolet. Le spectromètre Raman peut détecter une infime réémission d’énergie qui peut être enregistrée sous forme de spectre d’émission. Le spectre représenté est propre aux différentes molécules et permet une identification rapide des substances solides ou liquides, même si elles sont emprisonnées dans une autre substance transparente. Comme pour le diopside ci-contre par exemple :

@Michael S. Krzemnicki

Grâce aux rayons X on peut observer les inclusions présentes dans un grenat démantoïde comme montré ci-contre. Ces clichés sont extraits de l’article scientifique du GIA :

« DEMANTOID FROMVAL MALENCO, ITALY: REVIEW AND UPDATE »

·      Les inclusions dans les grenats de type II

Les grenats de type II sont les grenats provenant du processus de métasomatose. Il n’y a pas d’inclusions en queue de cheval dans ce type de grenat démantoïde. L’environnement chimique ne le permet pas. Les dépôts de type II se caractérise comme nous l’avons dit plus haut par l’intrusion de pluton alcalin felsique ou de roches volcaniques dans des roches qui contiennent du calcium (Ca) et du magnésium (Mn). Les pierres gemmes provenant de skarns

présentent un panel plus large d’inclusion comme des inclusions biphasées, des fluides, du diopside, de la pyrite, de la calcite ou encore de la sphalérite.

Inclusion orangée de sphalérite dans un grenat démantoïde accompagné d’une sphère de diopside accolée à la sphalérite avec une inclusion de calcite sur la droite.

NAMIBIE

@Aaron Palke

Inclusion biphasées dans un grenat démantoïde avec une bulle faisant près de 2mm.

MADAGASCAR

@Michel Cathelineau

CONCLUSION

Le grenat démantoïde est une pierre exceptionnelle qui suscite l’engouement chez les collectionneurs comme chez les joailliers. Il est très important d’arriver à comprendre les processus qui sont à l’origine de la naissance des inclusions et ici de savoir quel type d’inclusion l’on peut retrouver dans cette fabuleuse pierre qu’est le grenat démantoïde. Nous avons ainsi mis fin au mythe selon lequel les inclusions de chrysotile sont spécifiques aux grenats démantoïdes de Russie.

BIBLIOGRAPHIE :

Site internet :

·      Mindat.org

·      Facebook : Demantoid Ural

·      Expert diamond « Grenat démantoïde FR »

·      Geminterest « Andradite : Grenat démantoïde ».

·      Wikipédia.

·      GIA

·      Gem-A

Articles :

·      « Large Namibian demantoid garnet ». Duncan Pay. Gem & Gemology.

·      « Demantoid – From the Ural Mountains of Russia » Gabriel Mattice. Vol.4 N°1- 1998

·      « Diopside needles as inclusions in demantoid garnet from Russia : A Raman microspectrometry study ». Michael S. Krzemnicki – 1999

·      « Gem Andradite Garnet Deposits Demantoid Variety ». In Gems by Gaston Giuliani, Isabella Pignatelli, Anthony Fallick, Adrian Boyce, Alfred Andriamamonjy, Sitraka Razafindratsimba et Tahseenullah Khan.

·      « Demantoid and Topazolite from Antetezambato, Northern Madagascar : Review and new data ». G&G. Frederico Pezzotta, Ilaria Adamo et Valeria Diella. 2011

·      « Demantoid from Balochistan, Pakistan : Gemmological and Mineralogical Characterization ». Ilaria Adamo, Rosangela Bocchio, Valeria Diella, Franca Caucia et Karl Schmetzer. 2016

·      « Demantoid from Baluchistan, Province in Pakistan ». Aaron C. Palke et Vincent Pardieu. Gems & Gemology, Winter 2014, Vol.50 N°4.

·      « Demantoid Garnet with Giant Fluid Inclusion ». Gaston Giuliani, Marie-Christine Boiron, Christophe Morlot, Julien Raoul, Pierre-Yves Chatagnier. Gems & Gemology, Winter 2015, Vol.51, N°4.

·      « Russian Demantoid, Czar of the Garnet Family ». Wm. Revell Phillips et Anatoly S.Talantsev. Gems & Gemology. Summer 1996.

·      « Demantoid From Val Malenco, Italy : Review Update ». Ilaria Adamo, Rosangela Bocchio, Valeria Diella, Alessandro Pavese, Pietro Vignola, Loredana Prosperi et Valentina Palanza. Gems & Gemology. Winter 2009

Mémoire :

·      M. Pierre Yves Chatagnier « Le traitement thermique de l’Andradite ». 2012 Gem- Nantes

Livre :

·      La grande encyclopédie des minéraux. Gründ 1987

·      Guide Delachaux : Pierres Précieuses et ornementales

Photo Atlas of inclusions in gemstones. Vol.2. E.J Gubellin & J.L Koiwula