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Les
opales gemmes
Depuis une décennie, les gemmologues nantais ont largement
contribué à l'avancement des connaissances sur
les opales gemmes. 7 mémoires de DUG y ont
été consacrés (Connoué,
Rondeau, Letuve, Lanz, Mandaba, Villie, Courbes-Huillery) et 3
thèses de doctorat (Aguilar-Reyes, Rondeau, Gaillou). Ces
travaux ont donné lieu à 21 publications
scientifiques et 9 présentations en congrès
internationaux.
Dans cette page, vous trouverez des éléments sur
:
L’opale,
définition
L’opale est une
silice amorphe ou mal cristallisée, elle est
hydratée et a pour formule SiO2, nH2O. La teneur en eau de
l’opale peut considérablement varier
d’une opale à l’autre : celle-ci est
généralement comprise entre 4 à 10 %
avec des valeurs extrêmes de 0,8 % à 21 %
attribuées généralement aux opales ne
présentant pas de jeux de couleurs. L’opale est
caractérisée par un poids spécifique
d’environ 2, mais peut varier de 0,67 pour des
variétés très poreuses (dites
« hydrophanes »), dont certaines flottent donc sur
l’eau, à 2,3. L’indice de
réfraction peut également varier, et
s’échelonne de 1,37 à 1,47 (valeur
moyenne représentative : 1,44). La dureté de
l’opale peut varier entre 5,5 et 6,5.
L’opale,
classification
La classification gemmologique de
l’opale est purement descriptive, et les termes peuvent
énormément varier d’un auteur
à l’autre. Il est nécessaire de
dissocier l’opale noble (Fig. 1), qui présente des
irisations (jeux de couleurs spectrales pures de diffraction), de
l’opale commune (Fig. 2), qui en est dépourvue.
Fig.
1 : Les opales
nobles montrent des irisations, ou jeux de couleur (opale de feu noble
du
Mexique).
Fig. 2 : Les opales communes n'ont pas d'irisations
(opale commune rose du Pérou).
Les reflets « irisés » de
l’opale noble sont aussi appelés « jeux
de couleurs » car lorsque l’on fait bouger
l’opale noble à la lumière, les reflets
peuvent se déplacent et les couleurs peuvent changer. Ces
jeux de couleurs ne sont pas une couleur dans la masse, mais
plutôt un effet, quelle que soit la couleur dans la masse de
la pierre. La classification minéralogique fait intervenir
deux principaux termes, selon que l’opale soit (presque)
amorphe, alors appelée opale A, ou «
microcristalline », appelée opale CT
(Cristobalite-α avec divers degrés de
désordre, mêlée à de la
Tridymite-α.). Il est possible de différencier ces
deux types d’opale grâce à la
diffraction des rayons X ou sur la base de leur spectre de diffusion
Raman, cette dernière méthode étant
non destructive (Fig.3a,b).
Fig. 3 : On peut classer les opales selon leur spectre de diffusion
Raman. En haut, opales A; en bas, opales CT.
Micro-
à
nanostructure
L’image d’Epinal
de la structure de l’opale est
représentée par un empilement de
sphères, de 150 à 300nm de diamètre,
en un réseau ordonné et non cimenté
(Fig 4). Ce réseau permet la diffraction de la
lumière pour donner naissance aux jeux de couleurs si
prisée de l’opale noble.
Fig. 4 : Opale A de Slovaquie observée au MEB. Cette photo
est la
1ere de couverture du livre Silica. Les
sphères de cette opale-A sont bien
individualisées, ce qui est très rare dans les
opales naturelles.
Fig. 4bis : Beaucoup plus souvent, les sphères de l'opale-A
sont fortement cimentées.
Cependant, cette
structure ne se rencontre que dans l’opale A noble,
où généralement les sphères
ne sont pas aussi bien individualisées que dans la figure 4,
mais sont cimentées. Les opales A communes quant
à elles sont également construites à
partir de sphères, mais qui ne sont pas ordonnées
en réseau car :
1- elles n’ont pas une taille
homogène (Fig. 5),
2- n’ont pas une forme
parfaitement sphérique (Fig. 6),
3- sont trop grosses ou
trop petites pour diffracter la lumière (Fig. 7),
4-
possèdent la taille adéquate mais ne sont pas
bien ordonnées.
Fig. 5 : Opale A commune blanche de Slovaquie observée au
MEB après attaque à HF. Les sphères
ont une taille très
hétérogène, et sont faites de couches
concentriques de nanograins d'environ 25 nm.
Fig. 6 : Opale A commune d’Australie observée au
MEB. Les sphères sont ici mal formées, souvent
très allongées.
Fig. 7 : Cette opale A commune de Slovaquie observée au MEB
montre des sphères petites (80 nm) et mal
arrangées.
Les composants
élémentaires de ces sphères sont des
nanograins (des grains de 25 nm de diamètre environ)
qui s’agencent de façon concentrique, ou plus
rarement de façon radiale, pour donner naissance aux
sphères. Ils composent également le ciment
présent entre les sphères, mais ne sont dans ce
cas pas arrangés.
La structure de l’opale CT gemme est de même
composée de ces nanograins, mais ceux-ci ne
s’arrangent jamais pour donner des sphères
parfaites. Cependant, ces opales présentent une
variété de structures bien plus
diversifiée que celle des opales A. Beaucoup
d’opales CT, et plus particulièrement les opales
de feu (opales présentant une couleur dans la masse
d’orange à rouge), ont une structure uniquement
constituée de ces nanograins individualisés (Fig.
8).
Fig. 8 :
Image d’AFM (atomic force microscopy) d’une opale
CT de feu commune d’Ethiopie. La structure est
composée de nanograins non arrangés.
Dans les opales roses (Mexique et Pérou) qui
possèdent des inclusions de palygorskite, les fibres de ces
inclusions servent de « template » aux nanograins
(Fig. 9).
Fig. 9 :
Opale CT commune, rose, du Mexique, observée au MEB. Les
nanograins suivent les inclusions fibreuses de palygorskite.
Ces nanograins peuvent également former des
plaquettes qui généralement sont
groupées par paquets de 4 à 6 (Fig. 10). Ces
plaquettes peuvent s’arranger entre elles pour donner les
lépisphères (Fig. 11), par ailleurs bien connues
dans les opales biogéniques. Cependant et contrairement
à ces dernières opales, les
lépisphères des opales CT gemmes sont
très souvent cimentées par des nanograins non
arrangés, tout comme le sont les sphères des
opales A. Sur cassure fraiche, la structure n’est alors pas
identifiable, il faut alors attaquer les échantillons avec
de l’acide fluorhydrique (HF) pour
révéler la structure, dont on ne voit plus que
l’empreinte des lépisphères dans le
ciment de nanograins (Fig. 12). Les lépisphères
peuvent s’ordonner en un réseau
régulier qui diffracte la lumière. Il existe donc
bien des opales CT nobles (Fig. 11), et celles-ci ne
possèdent donc pas la même structure que les
opales A.
Fig. 10 : Opale CT blanche commune du Mexique observée au
MEB. Les nanograins sont arrangés en plaquettes.
Fig. 11 : Opale CT blanche noble du Mexique observée au MEB.
Les nanograins sont arrangés en
lépisphères bien ordonnées.
Fig. 12 : Opale de feu commune du Mexique observée au MEB.
Après attaque HF, les lépisphères ont
été dissoutes, seuls restent les nanograins non
arrangés composant le ciment.
Mode de
formation
A l'aide d'un ICPMS en mode dilution, nous
avons mesuré la composition chimique d'opales A et CT
provenant de 11 pays afin de déterminer quelles
impuretés sont présentes dans les opales et en
quelle concentration. Les principales impuretés sont, dans
l’ordre décroissant en concentration, Al, Ca, Fe,
K, Na, et Mg (> 500 ppm). D’autres
éléments ayant des teneurs plus faibles sont Ba,
puis Zr, Sr, Rb, U, et Pb. La géochimie de l’opale
s’est avérée être
dépendante principalement de la chimie de la roche
hôte, modifiée par des processus
d’altération.
Nous avons déterminé qu’il
était possible de différencier les opales selon
leur origine géologique : la concentration en Ba (Fig. 13)
ainsi que les spectres de terres rares permettent de séparer
les opales sédimentaires (Ba >110 ppm, anomalies en
Eu et Ce) des opales volcaniques (Ba < 110 ppm, pas
d’anomalie en Eu ou Ce). Il est également possible
de distinguer quelques origines géographiques: les opales de
feu d'Ethiopie ont une teneur en calcium bien supérieure (Ca
> 1000 ppm) que leurs homologues mexicaines (moins de 500 ppm)
(Fig. 13).
Fig 13 : Diagramme montrant la concentration en Ba en fonction de la
concentration en Ca. Les opales ayant une teneur supérieure
à 110 ppm de Ba se sont formées dans un
environnement sédimentaire, tandis que celles qui ont une
teneur inferieure à 110 ppm se sont formées dans
un environnement de type volcanique. La concentration en Ca permet de
séparer certains gisements, particulièrement les
gisements du Mexique et d’Ethiopie où les opales
ont pourtant une allure similaire (opales de feu).
En ce qui concerne l’origine de la couleur, nous avons par
exemple déterminé que des grandes concentrations
en fer induisent les couleurs les plus foncées (de jaune
à chocolat). Cet élément induit
également une inhibition de la luminescence pour des
concentrations supérieures à 1000 ppm.
Visualisation
directe du réseau réciproque
La vidéo ci-jointe est celle d'une opale noble
centimétrique d'Ethiopie constituée d'un
réseau de
très grande qualité, continu sur l'ensemble de
l'objet,
ce qui est archi exceptionnel. En conséquence, au lieu de
voir
une mosaïque de plages de couleur, on distingue un
réseau
de points de différentes couleurs : c'est la visualisation
du
réseau réciproque (détails
ci-dessous). Le point
blanc qui se déplace à la surface est le reflet
de la
fibre optique qu'on a déplacée autout de l'opale
pendant
le film. Notez que la couleur de diffraction change (parfois
très peu, parfois beaucoup) avec l'angle. Lorsque le noeud
passe
par une région moins ordonnée, la tache
s'étale.
Ceci correspond à ce qui se passe dans la plupart des opales
nobles, où le réseau n'est bien formé
que
localement, mais n'est que rarement continu sur plusieurs
millimètres.
Les jeux de couleur de l'opale noble sont produits par diffraction de
la lumière visible sur le réseau tridimentionnel
régulier de sphères de silice constituant
l'opale. La
plupart du temps, ce phénomène produit des plages
assez
homogènes de couleurs spectrales pures, assez petites,
disposées en mosaique, et déjà
très
spectaculaires. Mais si le réseau était
absolument
parfait, ce ne sont pas des plages, mais de petites taches ponctuelles
que l'on devrait voir, respectant la symétrie de
l'empilement.
Ces petites taches représentent les noeuds du
réseau
réciproque. Le réseau réciproque n'est
autre que
la transformée de Fourier du réseau "direct",
notre
réseau cristallin. Il est utilisé par les
scientifiques
pour sa commodité car les conditions de diffraction ne sont
remplies qu'aux noeuds du réseau réciproque. Il
est donc
la plupart du temps impossible de le voir avec les yeux. Si vous voulez
en savoir plus sur les réseaux réciproques (et
les opales
en général), venez suivre le DUG !
Ce phénomène extraordinaire (en vingt ans, nous
n'avons
vu que deux opales présentant ce
phénomène de
façon claire) implique une parfaite continuité
à
l'échelle centimétrique, et donc des conditions
de
formation absolument calmes, sans la moindre perturbation.
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