12178-41-5

Grenat

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Grenat Catégorie IX : silicates
cristal de grenat brut
Général
Formule brute	X32+Y23+[SiO4]34 -
Numéro CAS	12178-41-5
Identification
Couleur	variable, rouge-brun; vert foncé; noir
Classe cristalline et groupe d'espace	cubique-hexaoctaédrique $Ia\bar{3}\ d$
Système cristallin	cubique
Réseau de Bravais	cI
Fracture	conchoïdale à irrégulière
Échelle de Mohs	6-7,5
Éclat	vitreux à résineux
Propriétés optiques
Trait	blanc
Autres propriétés
Densité	3,5-4,3
Caractères distinctifs
Magnétisme	ferromagnétique
Radioactivité	aucune
Principales variétés
Pyrope	Mg3Al2Si3O12
Almandin	Fe3Al2Si3O12
Spessartine	Mn3Al2Si3O12
Andradite	Ca3Fe2Si3O12
Grossulaire	Ca3Al2Si3O12
Uvarovite	Ca3Cr2Si3O12

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 synonyme de pyrope-almandin.^{[réf. nécessaire]}

Une roche formée presque exclusivement de grenat est appelée une grenatite.

Historique

Étymologie

Les grenats sont connus depuis très longtemps puisque Théophraste (v372 –v287 av. J.-C.) les avait déjà dénommés anthrax (= charbon). Puis, ils furent décrits par Pline l'Ancien, naturaliste du début de notre ère (23-79 après JC) qui dénomma le grenat almandin carbunculus (= 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

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 :

• Il y en avait sur le plastron du jugement d’Aaron, décrit dans la bible (Exodus: xxviii, 15-30).
• Selon le Coran,le 4ème ciel est composé d’escarboucles.
• Dans l’astrologie védique, qui est de 1000 ans antérieure à l’astrologie occidentale, et toujours pratiquée par des millions d’adeptes, le grenat hessonite est le talisman qui protège des influences démoniaque du corps céleste nommé Rahu.

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 (servant à attacher les pans du vêtement).

Le grenat est également considéré comme une pierre sacrée par nombre de tribus indiennes d’Amérique.

En 1892, les Hunzas ont utilisé des projectiles faits de grenats contre les troupes britanniques au Kashmir, pensant que leur action meurtrière était supérieure aux balles de plomb.

Historiquement, les grenats sont censés protéger des blessures et du poison, arrêter les saignements, symboliser la vérité et la fidélité, et apporter prospérité.

Propriétés

Définition - Composition

Les grenats sont formés de trois groupements silicate associés à des cations métalliques, de formule générale X₃²⁺Y₂³⁺[SiO₄]₃, où

• X : élément de degré d’oxydation +II (2 charges positives) , en site en forme de dodecaédre triangulaire de coordinence 8 : Mg, Fe²⁺ ou Ca
• Y : élément de degré d’oxydation +III (3 charges positives) , en site octaédrique de coordinence 6 : Fe³⁺, Al, Cr voire Zr (grenat kimzeyite) ou V (grenat goldmanite).

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 chaque maille contient pas moins de 96 oxygènes. 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 un large panel de couleur, 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 correspondante 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 (coloration allochromatiques).

L’uvarovite, bien qu’appartenant au groupe des ugrandites, est un exemple marquant de coloration idiochromatique. Sa couleur d’un vert profond à 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 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 tirer sur le violet, souvent chevé pour l'éclaicir, 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).

Applications

Joaillerie

cristal de grenat taillé

Les grenats sont utilisés en joaillerie pour réaliser des bijoux divers.

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⁺O₁₂^2- et sont dopés pour être fortement fluorescents. L’oxyde d’yttrium est utilisé en céramiques spéciales pour former in situ de l’yttrogrenat ou 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 naturelles sont aussi largement employés en tant qu’abrasifs (pyrope).

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.

Voir « grenat » sur le Wiktionnaire.

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