thèse Boris Chauviré

"Genèse de silice supergène sur Terre et implications sur Mars"

Boris Chauviré, 17 novembre 2015.


La silice (SiO2), composant important des planètes telluriques, se trouve sous diverses formes. La genèse de ses polymorphes amorphes et mal cristallisés (opale-A, opale-CT, calcédoine) est encore mal comprise sur Terre. En 2008, des régions de Mars montrent des signatures spectroscopiques de silice amorphe hydratée (« opaline silica »). Pour comprendre la signification géologique de cette silice, deux approches ont été utilisées. La première est l’étude d’un cas terrestre : le gisement d’opale de Wegel Tena (Éthiopie). La géologie montre que ces opales sont issues de la pédogenèse : argiles illuviales, textures pédogéniques, analyses géochimiques, fossiles végétaux. L’organisation stratiforme et la présence d’argile sont communes aux détections martiennes. La seconde approche consiste à décrypter la signature infrarouge de silices d'origine géologique terrestre
connue. Des critères basés sur la signature infrarouge de l’hydratation des silices (bandes vers 4500, 5200 et 7000 cm-1) permettant de déduire la structure (opale-CT, opale- A ou calcédoine) et le mode de genèse de la silice (hydrothermalisme ou altération continentale) ont été créés. Il est démontré que la silice amorphe hydratée enregistre les conditions géologiques de sa formation. Ce travail propose une nouvelle classification basée sur les processus de genèse, afin d’identifier les différences induites par ceux-ci. Il est également discuté d’extraire de la signature infrarouge de la silice martienne toutes les informations possibles (structure, mode de formation). Les instruments qui seront embarqués sur les futurs rovers martiens pourraient amener à une meilleure compréhension de la géologie de cette silice.

Cette thèse a reçu le prix Haüy-Lacroix 2016, prix annuel décerné par la Société Française de Minéralogie et Cristallographie à une thèse remarquable dans le domaine de la minéralogie au sens large.

Thèse Thomas Hainschwang

"Diamants de type Ib: Relation entre les propriétés physiques et gemmologiques des diamants contenant de l’azote isolé"

Thomas Hainschwang, 30 mai 2014.


Les diamants naturels qui contiennent de l’azote isolé (le centre C) sont rares et peu étudiés. Dans le spectre infrarouge le centre C cause une absorption à un-phonon complexe avec l’absorption principale à 1130 cm-1 et un pic étroit à 1344 cm-1. Un petit pic à 2688 cm-1 identifié comme première harmonique de l’absorption à 1344 cm-1 fait sujet d’un article inclus dans ce travail.

Ces diamants peuvent être sous-divisés en 8 catégories, dépendant de plusieurs facteurs comme la teneur et l’agrégation d’azote, le mode de croissance et la présence d’autres défauts. Le centre Y, décrit et défini dans ce travail pour la première fois, est un défaut en fait assez commun qui cause une absorption à un-phonon dans les spectres IR de beaucoup de diamants type Ib, avec une absorption principale à 1145 cm-1. Ce centre semble être lié à un défaut qui contient de l’oxygène.

Les analyses par spectroscopie de photoluminescence démontrent que le nickel est un défaut très commun dans beaucoup de diamants avec centres C et que les spectres sont souvent complexes avec une grande quantité d’émissions décrites ici pour la première fois.

Les différentes couleurs des diamants type Ib sont le résultat du continuum d’absorption causé par le centre C et d’un autre continuum induit par les défauts qui résultent de la déformation plastique. En plus, dans les diamants couleur « olive » et brun il y a des plus hautes teneurs en centre NV- et en conséquence l’absorption de ce centre joue un rôle important. Finalement les traitements des diamants Ib donnent des informations importantes sur les modes de croissance et les défauts de ces diamants.

Thèse Stefanos Karampelas

"Etude du changement de couleur des perles par traitement"

Stefanos Karampelas, 27 juin 2008.

Cette thèse a été soutenue en grec à l'université Aristote de Thessalonique (Grèce). Nous vous proposons ici sa version courte en français en format pdf.

Cette thèse démontre que les perles sont colorées non pas par un seul pigment, mais par un mélange de pigments. La même série de pigments appartenant à la même famille est toujours représentée dans les perles colorées des mollusques des genres: H. cumingi, H. schlegeli, Strombus gigas, Melo melo, Mytilus edulis, Mercenaria mercenaria, Cypraea cervus, Busycon carica, Pleuroploca gigantea, Swiftopecten swiftii, Neodipecten nodosus, Margaritifera margaritifera, P. albina et P. radiata. Ces sont des « polyènes simples », ayant pou formule chimique générale R-(-CH=CH-)n-R’. Les perles du genre Pinna sont quant à elles colorées par un mélange de caroténoïdes. Les perles colorées des mollusques des genres P. margaritifera, P. maculata, Crassostrea virginica, Lopha cristagalli, P. mazatlanica, P. fucata et Pteria penguin contiennent une espèce particulière de porphyrine. Pour les pigments de quelques échantillons, nous avons pu démontrer leurs caractéristiques spectroscopiques, mais pas leur nature exacte. Par exemple, la couleur jaune des perles de P. maxima, P. fucata et P. margaritifera est due à la présence d’un pigment qui induit une absorption large entre environ 330 et 460 nm, avec deux maxima vers 355 et 435 nm. De plus, les différentes couleurs des perles de P. margaritifera sont causées par un mélange d’absorptions aux environs de 405, 435, 460, 495, 530, 585, 625, 650, 700 et 745 nm. Une grande partie des perles ayant une couleur obtenue par traitement présentent une décomposition de leur matière organique, provoquée par le traitement. Pour cette raison, leurs spectres Raman montrent des pics larges vers 1350 et 1600 cm-1. En outre, leurs absorptions centrées vers 280 nm ont des formes et des intensités relatives différentes par rapport à celles présentes dans les spectres des perles de couleur naturelle. Pour la séparation des perles de couleur naturelle des perles de couleur traitée, la méthode déterminante est dépendante du mollusque d’origine. Quelquefois, afin d’identifier la couleur des perles, il est nécessaire d’employer une combinaison de méthodes gemmologiques, dites « classiques », et des méthodes plus sophistiquées.

Thèse Jose Caseiro

"La Nacre Noire de Polynésie : Biominéralisation, paramètres et processus de croissance, effets chromatiques dans la coquille et la perle de Pinctade Margaretifera"

José Caseiro, 1er Octobre 1993.


Cette thèse n'est pas encore disponible en format pdf, mais ça devrait venir bientôt.

Résumé

L'ensemble des travaux que nous avons effectués dans le cadre de cette étude pluridisciplinaire nous a permis d'apporter quelques résultats nouveaux sur la connaissance de Pictada margaritifera :
  • mise en évidence des paramètres de croissance de la nacre aussi bien de la coquille que des perles (taux de croissance global, nombre de couches de nacre par jour,...).
  • observation des processus de régénération de la coquille à la suite de dégradations sur le bord ou dans les parties centrales des valves.
  • hypothèse de formation des écailles de calcite en introduisant un phénomène de rupture du périostracum.
  • hypothèses expliquant les couleurs d'irisation rencontrées sur le bord interne nacré de la coquille.
  • essai de mise au point d'une quantification de la diversité des couleurs des perles de Polynésie.
  • éléments qui semblent confirmer que le(s) pigment(s) est(sont) une(des) mélanine(s).
  • hypothèses sur les mécanismes qui conduisent à la formation des perles dont la forme n'est pas sphérique.
  • éléments qui permettent de suspecter la présence de mucopolysaccharides et par conséquent de confirmer le modèle de fixation ionotropique du calcium et du carbonate par les matrices protéïques.
Ces éléments qui amènent des informations nouvelles sur Pinctada margaretifera sont aussi une source de connaissances complémentaires de phénomènes plus généraux, en particulier dans les processus de biominéralisation. Ils sont importants par le fait qu'ils intéressent directement les perliculteurs pour l'amélioration des procédés de culture et l'obtention de perles de très bonne qualité, en particulier dans le domaine de la couleur noire, où il semble possible de stimuler la production de pigment.
A la lumière de ces quelques résultats, il apparaît que plusieurs perspectives de recherche puissent êr développées, principalement :
  • une étude approfondie du sac perlier (histologie, cytologie...) couplées à des expérimentations in situ, qui permettrait de confirmer ou non nos hypothèses sur la formation des perles non sphériques.
  • une étude biochimique beaucoup plus développée pour confirmer la présence et déterminer la structure des mucopolysaccharides et qui confirmerait les modèles existant de fixation du calcium et du carbonate.
  • une étude biochimie sur la(les) mélanine(s) corrélée avec des expérimentations d'activation ou d'inhibition de ce pigment en laboratoire et en milieu lagonaire.
  • une amélioration des techniques de quantification des couleurs variées des perles rencontrées chez Pinctada margaretifera.
Malgré les nombreux travaux réalisés sur cette magnifique huître aux lèvres noires, il reste encore quelques domaines à explorer. Du travail en perspective pour les étudiants courageux qui voudront se frotter aux charmes de la perle noire et de la Polynésie.

Thèse Eloïse Gaillou

"Relations entre nanostructure, propriétés physiques et mode de formation des opales A et CT"

Eloïse Gaillou, 22 Septembre 2006.


Ce travail représente une étude globale du matériau opale de qualité gemme, qui s’inscrit dans la continuité des recherches commencées par Emmanuel Fritsch et Mikhail Ostroumov en 1997 et poursuivies par Bertha Aguilar-Reyes lors de sa thèse (2004). Ainsi, les études de microstructure et de spectrométrie Raman ont ici été poursuivies, complétées et précisées. L’étude préliminaire (5 échantillons seulement) de la spectrophotométrie de luminescence de l’opale a été développée à l’aide du nouveau spectrofluorimètre Fluorolog-3 de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel. Un nouvel axe de recherche a été développé, il s’agit de la quantification des impuretés présentes dans l’opale, afin d’en savoir plus sur son mode de formation. Ce travail a également été mené dans le but de comprendre les interrelations des propriétés de ce matériau naturel (structures, luminescence, cristallinité, éléments en trace principalement), qui ont jusqu’à présent été étudiées individuellement.

Thèse Laurent Massi

"Etude des défauts dans les diamants bruns et les diamants riches en hydrogène"

Laurent Massi, 15 Septembre, 2006.


Ce travail est scindé en quatre grandes parties. La première  (chapitre 1) décrit les diverses propriétés du diamant en tant que matériau. La géologie, les morphologies, les polymorphes, les différentes qualités de diamant, les propriétés vibrationnelles et électroniques, tous ces aspects fondamentaux de ce matériau seront abordés à divers niveaux de connaissance, en fonction de l’utilité de ceux-ci pour la compréhension de la suite de ce travail. La deuxième partie (chapitre 2) va concerner « l’état de l’art », c'est-à-dire les connaissances antérieures à ce travail de recherche et afférentes à ses deux axes majeurs d’étude, à savoir les diamants bruns et les diamants riches en hydrogène. La totalité des références est détaillée dans la partie bibliographie. Dans la troisième partie (chapitre 3), seront présentés les caractéristiques générales de tous les échantillons support de ce travail (couleur, forme, poids, type, quantité d’azote et d’hydrogène) ainsi que le principe, le fonctionnement et les applications des différentes spectroscopies utilisées dans ce travail (i.e. infrarouge, UV visible, Raman). Enfin, la quatrième partie (chapitres 4, 5 et 6) va concerner les résultats des analyses et des recherches effectuées sur les échantillons cités Chapitre 2.

Thèse Bertha Aguilar-Reyes

"Etude microstructurale des Opales : Application à la déstabilisation par blanchissement"

Bertha Aguilar Reyes, 29 Novembre 2004.


L’intérêt d’une étude sur l’opale cristalline a été l’origine du projet Ecos-Anuies (1998- 2002) intitulé « Etude microstructurale de l’opale noble et commune ». C’est le résultat et la continuation d’une collaboration entre le professeur Ostroumov de l’Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo et le professeur B. Lasnier au Laboratoire de Planétologie et Géodynamique (LPG) et les professeurs Lefrant, Faulques et Fritsch à Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN). L’opale est un matériau qui a été très étudié, mais la plupart des travaux scientifiques font référence à l’opale australienne d’origine sédimentaire. L’opale volcanique, généralement cristallisée, présente une grande diversité de morphologies à une échelle nanométrique. C’est le cas des opales du Mexique, d’Ethiopie et du Honduras. En particulier, l’opale de feu du Mexique est très appréciée au niveau mondial mais a fait l’objet de peu de publications, notamment concernant sa structure. La thématique du projet ECOS abordait trois aspects importants :

  1. L’utilisation de la spectroscopie Raman comme la méthode principale de caractérisation des opales, en tant que méthode non-destructive.
  2. L’étude de la cristallinité de l’opale à l’échelle nano et micrométrique.
  3. L’origine de la couleur dans les opales et le rôle des inclusions.

Le début de cette thèse était programmé au début du projet (1998-1999). Ce n’est qu’en 2001 qu’elle a pu commencer, alors que le projet était déjà bien avancé. C’est pourquoi la thématique de cette thèse a été réorientée suivant trois aspects importants :

  1. L’étude de la microstructure de l’opale en général, notamment de l’opale commune et cristalline.
  2. L’analyse du signal Raman des opales cristallines et amorphes.
  3. L’étude de la déstabilisation par blanchissement.

Pour l’étude de la microstructure de l’opale en général, de nombreux échantillons de différentes provenances ont été caractérisés par MEB pour tenter de répondre les questions suivantes : Les différences microstructurales sont-elles liées à l’origine géographique ? Y a–t’il des caractéristiques communes aux opales de différentes provenances qui ont la même couleur ? La caractérisation Raman des opales s’est faite en utilisant la FT-Raman. Il s’agissait de faire un pas en avant dans l’interprétation des bandes complexes dans la région de la silice. Peuton, à l’aide de cet outil, résoudre l’origine de la bande principale de l’opale? Et peut- on résoudre l’origine de la couleur de l’opale de feu ? En plus de l’étude de la microstructure et de la caractérisation Raman, une nouvelle thématique a été principalement abordée, celle de la déstabilisation. Elle résulte de nombreux contacts avec mineurs et marchands qui considèrent ce problème comme bloquant le développement économique du marché de l’opale. La déstabilisation représente un gros problème là où la production d’opale est importante, comme c’est le cas au Mexique mais aussi en Ethiopie ou en Australie. Les pièces, parfois très chères, détériorées par ce phénomène, doivent être remboursées. De plus, cela crée une image négative de ces gemmes. Dans cette thèse, nous avons étudié la déstabilisation par blanchissement : le défi n’est pas pour l’instant, de résoudre le problème, mais déjà d’arriver à en comprendre les causes. La déstabilisation a été étudiée en utilisant la spectroscopie Raman à transformée de Fourier (FT-Raman), la diffraction des rayons X (DRX), l’analyse thermique différentielle (ATG), la détermination de la surface spécifique par la méthode BET, la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la microscopie électronique à balayage (MEB). L’objectif était de croiser les résultats de ces méthodes sur les mêmes échantillons et d’établir si le rôle de l’eau présente dans la structure est déterminant pour la déstabilisation. Il y a aussi l’aspect microstructural. Existe-t-il des changements d’un point de vue structurel lors de la déstabilisation ? Ainsi, le premier chapitre montre l’état actuel des connaissances sur l’opale. Dans le chapitre 2 nous décrivons les méthodes utilisées dans la partie expérimentale. Le chapitre 3 est consacré à l’étude de la micro- et nanostructure, notamment de l’opale CT. Le chapitre 4 aborde l’étude Raman des opales et l’interprétation des spectres sur la base des résultats obtenus du calcul de fréquences de vibration. Dans le chapitre 5, on présente tout ce qui concerne l’étude de la déstabilisation de l’opale.

Thèse Benjamin Rondeau

"Materiaux Gemmes de Référence du Muséum National D'Histoire Naturelle: exemples de valorisation scientifique d'une collection de minérologie et gemmologie"

Benjamin Rondeau, 15 Decembre 2003.

Résumé : Les collections du Muséum National d'Histoire Naturelle sont riches d'échantillons uniques ou très rares. Quelques minéraux et gemmes ont été sélectionnés pour aborder plusieurs thématiques scientifiques d'actualité en gemmologie:
* incorporation des défauts chimiques dans les diamants astériés montrant des secteurs de croissance contemporains.
* conditions de genèse de l'opale gemme à partir des opales de Slovaquie.
* détermination de la provenance géographique d'émeraudes historiques de la collection par analyse non destructive de leur composition isotopique en oxygène. 
* conditions de genèse des émeraudes vanadifères. 
* identification des gemmes de la série amblygonite-montebrasite sur la base de leur signal Raman.
Ces sujets sont difficilement abordables sans ces échantillons : on montre ainsi le rôle clé de ces collections pour la recherche scientifique. Les éléments nouveaux apportés par ces études ajoutent de la valeur scientifique à des échantillons étudiés bien référencés.

Thèse Cédric Simonet

"Géologie des gisements de saphir et de rubis. L'exemple de la John Saul Ruby Mine, Mangare, Kenya"


Cédric Simonet, 7 janvier 2000.

Cette thèse n'est pas encore disponible en pdf, mais ça devrait venir bientôt.

Résumé succinct :

La géologie des gisements de saphirs et de rubis (ou gîtologie du saphir et du rubis) est présentée sous l’aspect d’une classification des gisements. Cette classification tient compte avant tout de l’origine géologique des gisements, c’est à dire des processus géologiques qui sont à leur origine, et suit donc les grandes lignes de la classification des roches.
Dans le cas de gisements primaires, le corindon se trouve dans la roche dans laquelle il a été formé. Dans le cas de gisements se condaires, il se trouve dans une autre roche, au sein de laquelle il est un minéral hérité. Les gisements secondaires regroupent les gisements sédimentaires (alluviaux, colluviaux et éluviaux), ainsi que les gisements volcaniques (basaltiques) où le corindon forme un xénocristal dans la lave. Les gisements primaires ont
été divisés en gisements magmatiques et gisements métamorphiques.

La géologie des gisements de rubis de la région de Mangare (Sud du Kenya), est étudiée en détail, à partir de l’exemple de la John Saul Mine, un gisement de rubis d’importance majeure découvert dans les années 1970.


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