Grenat - Définition

Grenats les plus remarquables

démantoïde

Les minéraux de la famille des grenats sont de couleurs très variées :

• pyrope : rouge feu tirant légérement 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 aller 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).

Propriétés

Définition - Composition

Les grenats sont formés de trois groupements silicate associés à des cations métalliques divalents et trivalents, de formule générale X₃²⁺Y₂³⁺[SiO₄^4-]₃, où :

• X : élément de degré d’oxydation +II (2 charges positives) , en site en forme de dodecaédre triangulaire de coordinence 8 : Mg, Ca, Fe²⁺, ou Mn²⁺;
• Y : élément de degré d’oxydation +III (3 charges positives) , en site octaédrique de coordinence 6 : Fe³⁺, Al, Cr, Y, terres rares, 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).

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 YO 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 qu'elle 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.