Les couleurs de MES cailloux Le jeu des

Les couleurs de MES cailloux Le jeu des atomes pour le plaisir des yeux. Scolécite Phrenite Poonah Inde

Préambule Je m’intéresse aux minéraux (cristaux) depuis mes années-collège à Hirson où nous avions un couple de professeurs tout à fait remarquables: – lui qui m’a fait aimer les maths, – elle qui nous a initiés à la géologie et la minéralogie en 4ème. Depuis cette passion pour les belles pierres m’est . restée. Ma collection a beaucoup changé au gré de mes voyages, des cadeaux, des apports de mes chercheurs revenant de leur pays natal… 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 3

Les couleurs des minéraux sont très variées. Leur origine est une question très complexe. Cela ne vous empêchera pas d’admirer la diversité et la beauté des couleurs des minéraux Je ne pourrai pas traiter toutes les origines en détail. De toute façon il ne saurait pas !!!

• Le plus souvent, dans un cristal ± transparent, la couleur est due à une absorption de la lumière par un ion métallique • De ce point de vue: deux types de coloration • idiochromatique • allochromatique

La coloration " idiochromatique ", • l’ion métallique responsable figure dans la formule chimique • Ce type de coloration donne une seule couleur caractéristique du minéral • ex L’AZURITE : carbonate de cuivre hydraté Cu 3(CO 3)2(OH)3 • Sa couleur bleu azur s’explique par la présence d’ions cuivre Cu++ en grande quantité dans le minéral. 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 6

Azurite de Chessy-les-Mines (Rhône)) ou Chessylite

Minéraux allochromatiques Leur couleur est due à des “impuretés” <0, 1%. . Ex. : Le chrome colore l'émeraude en vert. Le fer et le titane colorent le saphir en bleu. Le manganèse Mn++ à l’état de traces colore en rose lilas la Kunzite (silicate de lithium et aluminium) En l'absence d'impuretés, le minéral est incolore. 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 8

Emeraude Colombie Emeraude de Colombie Béryl (incolore) Be 3 Al 2(Si 6 O 18) (Aluminosilicate de béryllium) Couleur verte dûe à la présence d’ions chrome Cr+++ Ou quelquefois d’ions vanadium V+++ 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 9

Origines des couleurs? Que les atomes “responsables” soient en masse ou en petite quantité, la clé de la compréhension de la couleur réside dans le comportement des électrons célibataires et dans leur interaction avec la lumière. • La coloration souvent due à la présence d’ions métalliques: excitation d’électrons qui absorbe certaines fractions de la lumière blanche Couleur. • Ce mécanisme est donc interne à l’ion lui-même: deux ions ≠ absorbent des fractions différentes de la lumière. 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 10

Les causes possibles • Sauts (transitions) d’électrons d’une couche à l’autre , • Transferts de charges, • Centres colorés, • Théorie des bandes, • Diffraction, • Diffusion • Inclusions colorées • Radiations et certainement etc. . Nombreuses théories car nombreux phénomènes ≠ ( pouvant aussi intervenir en même temps…) 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 11

` F l u o R I T e C u b I q u e La maille cristalline de la Fluorite

“Centres colorés” Mais rien n’est parfait, il peut manquer un électron ou un fluor ( pas assez dans le milieu) il y a donc des « trous“ ( JFM: lacunes nanométriques qui se comportent comme des puits de potentiels quantiques) déséquilibre à combler • ou un ion positif supplémentaire dans la soupe provoque la lacune • ou un fluor peut être remplacé par d’autres ions, ou par un électron. Un même minéral peut adopter des couleurs différentes selon les ”intrus” Ex fluorite : incolore (si elle est pure), violette, bleue, verte, jaune, brune, rose, noire ou rouge

fluorite incolore Le Beix Puy de Dôme

fluorite violette (Illinois) fluorite violette Si un fluor manque, un électron pourra se loger dans l’interstice. le minéral va absorber les photons de haute énergie…. D’autres expliquent que du calcium colloïdal s’est glissé dans la lacune Voilà pourquoi, madame, votre fluorite est violette

Octaèdre de fluorite Malheureusement je n’ai pas les très beaux cubes et/ou octaèdres roses ou rouges du Mont Blanc

Fluorite Bleue Mine du Beix Puy de Dôme Centre coloré Yttrium Y 3+ En place de Ca++

Fluorite verte Xiang. Huapu Mine Liuwu centre coloré Chenzou Hunan Samarium Sm ++

fluorite jaune Mine du Rossignol Chaillac Indre O 3_ ion moléculaire remplace 2 F- voisins Origin of the coloration of yellow fluorites. The O 3 - center structure and dynamical aspects. H Bill - The Journal of Chemical Physics, 1982 -

Les quartz aussi peuvent adopter des couleurs très différentes

Quartz fumé de l’Argentière France AL 3+ remplace un Si 4+ Substitution provoquée par radioactivité du granit environnant la cristallisation Cf B. Poty

• Les jaunes 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 22

AUTUNITE Transfert de charge UO 2+ uranyle + fluorescence Absorbe énergie hautes bleu Jaune ou rouge

Pyrite Fe. S 2 Huanzala Mine Pérou 17 -12 -10 Arête 7, 5 Bande de valence franchie avec énergie faible

Wulfénite et mimétite Mine Oujuela Mexique Transfert de charge. Mn 6+ O 4_

Les rouges

Vanadinite 55 Maroc Transfert de charge V 5+ et O 4 -

Barytine rose Ba. SO 4 Maroc

Substitution +Radiations Mn+++ Octaèdrique plus gros Tourmaline cyclosilicate San Diego Na(Li, Al)3 Al 6(BO 3)3(Si 6 O 18)(OH)4

Crocoïte Tasmanie Transfert de charge O-ion métallique Cr 6+ vers O 4 -

Quartz Hématoïde Maroc Réfraction Hématite dans le quartz

Les violets

Erythrine Bou Azzer Maroc Idiochromatique Co++ Co 3 (As. O 4) 2 · 8 H 2 O

Erythrine Bou Azzer Maroc Idiochromatique Co++ Co 3 (As. O 4) 2 · 8 H 2 O

Quartz Améthyste Brésil Fe 3+ remplace Un Si 4* lacune

Les blancs 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 36

Aragonite Chateaugay Puy-de-Dôme Diffusion

Aragonite Mont. Dore Puy-de-Dôme

Les verts en général le cuivre 30/03: 2017 ALS: La couleur et son éclat Jean Claude Derniame 39

Malachite fibreuse Congo Carbonate anhydre Cu 2 CO 3(OH)2

Dioptase Congo Cyclosilicate Cu. Si. O 3 • H 2 O

Apophyllite Poonah Inde KCa 4 Si 8 O 20(F, OH). 8 H 2 O Présence d’un V 4+ en place de Ca 4+ Mais pas toujours

Epidote sur byssolite Beaufortain Ca 2(Fe, Al)Al 2(Si. O 4)(Si 2 O 7)O(OH) Sorosilicate monoclinique

Les bleus

Cavensite sur Heulandite Poonah INDE Transfert de charge V 4+ et O 4 -

Azurite + Malachite Mine de Salsigne (Aude) Idiochromatique Cu++

Géode de célestine Madagascar

Hémimorphite Durango Mexique MERCI

“ Le savoir est la seule matière qui s’accroît quand on la partage” Socrate

Petite bibliographie 2016 http: //www. gemnantes. fr/fr/recherche/origine-de-la-couleur 2016 http: //mineraux-dmarmet. com/Fluorite/index. htmcaracteristiques. htm 2005 Schvoereret C Ney: “Une mise au point sur l’origine de la couleur des fluorines” Le Règne Minéral Hors série XI p 25 -34 CESBRON, Fabien… [et al. ]. – Fluorine et autres halogénures : histoire, cristallographie, minéralogie, gisements, utilisations CEDIM, 2002. – 100 p. – (Minéraux et fossiles ; HS 15 1990 U. F. Hein, V. Luders and P. Dulki: “The fluorite vein mineralization of the southern Alps: combined application of fluid inclusions and rare earth element (REE) distribution” Mineralogical Magazine, June 1990, Vo. I. 54, pp. 325 -333 1982 H Bil: l “Origin of the coloration of yellow fluorites: The O 3− center structure and dynamical aspects“J. Chem. Phys. 76, 219 (1982); http: //dx. doi. org/10. 1063/1. 442761 1972 Calas G-: “Etude de la coloration bleue de quelques fluorites naturelles” Bull. Soc. fr. Mineral. Cristallogr. , 95, 470 -474. 1972 Gabrielle Donnay. R. Barton. Jr. Refinement of the crystal structure of elbaite and the mechanism of tourmaline solid solution Tschermaks mineralogische und petrographische Mitteilungen December 1972, Volume 18, Issue 4, pp 273– 286 1979 Franklin F, Folt Jr and Philip Rosenberg: “The structure of vanadium-bearing tourmaline and its implications regarding tourmaline solid solutions” American mineralogist, Vol 64, pp 788 -798, 1979

• Dans certains cas de coloration, ce saut d’électron dû à son excitation par la lumière ne • s’effectue pas entre ces niveaux 3 d. L’électron est parfois plus délocalisé, non plus autour d’un seul • atome, mais au sein d’un groupement d’atomes ou molécule. Le transfert de cet électron s’effectue alors dans ce groupement, dans les orbitales moléculaires. Ex Crocoïte

Mines de Chessy • Les mines de Chessy ont été exploitées dès l'époque romaine (cuivre). Abandonnées, elles ont été remises en activité à partir du 15éme siècle par Jacques Coeur. Plusieurs filons furent découverts : noir (riche en cuivre natif), jaune (pyrite et chalcopyrite) et bleu en 1811 (Azurite). • Cette Azurite fut appelée Chessylite. • Les filons de la "mine bleue" étant pratiquement épuisés, la mine cessa de fonctionner en 1875. • Il reste aujourd'hui quelques vestiges de cette exploitation. . bien cachés sur le terril de l'association AMAP.