Par le Dr A. Barnard, PhD (Géologie)
Introduction
Les mots que nous utilisons, notre lexique scientifique, sont parmi les outils les plus puissants de la science. Chaque discipline scientifique repose sur une terminologie soigneusement définie qui permet aux chercheurs du monde entier de communiquer avec précision. Un chimiste, un physicien ou un géologue devrait être capable de lire un article scientifique écrit il y a des décennies et de comprendre exactement ce que l'auteur voulait dire.
La minéralogie ne fait pas exception.
Des mots tels que minéral, roche et cristal ne sont pas seulement descriptifs ; ils ont chacun des significations scientifiques très spécifiques. Pourtant, en dehors de la géologie, ces mots sont souvent utilisés de manière beaucoup plus lâche. La joaillerie, la gemmologie et la conversation quotidienne ont développé leur propre vocabulaire, et ces définitions ne s'alignent pas toujours parfaitement avec celles utilisées en sciences de la Terre.
Chez Gemdrop, nous pensons que la précision scientifique est importante.
Cela ne signifie pas qu'un vocabulaire est "faux" et un autre "juste". Cela signifie simplement que différentes disciplines utilisent parfois les mêmes mots de différentes manières. En tant qu'entreprise fondée par un géologue, nous avons choisi d'adopter une terminologie qui suit la minéralogie classique aussi fidèlement que possible.
Un exemple est notre utilisation délibérée du mot gemme plutôt que pierre précieuse lorsque nous nous référons à des matériaux cultivés en laboratoire.
Pour comprendre pourquoi, nous devons d'abord répondre à une question étonnamment simple.
Qu'est-ce qu'un minéral ?
Un minéral est traditionnellement défini comme :
Un solide inorganique, d'origine naturelle, ayant une composition chimique définie et une structure cristalline ordonnée.
Bien que cette définition paraisse simple, chaque partie est importante.
D'origine naturelle
Un minéral doit se former par des processus géologiques naturels.
Le quartz qui se développe à l'intérieur d'une veine hydrothermale, le diamant qui cristallise profondément dans le manteau terrestre et la calcite qui précipite des eaux souterraines sont tous qualifiés parce que la nature les a produits.
Cependant, si des humains fabriquent le même matériau dans un laboratoire, il n'est plus considéré comme un minéral selon la définition géologique classique.
L'origine compte.
Inorganique
Les minéraux ne sont généralement pas produits par des organismes vivants.
Le charbon, par exemple, se forme à partir d'anciens matériaux végétaux et n'est donc pas considéré comme un minéral bien qu'il se produise naturellement.
Solide
Les minéraux doivent exister sous forme de solides dans les conditions terrestres normales.
L'eau liquide ne peut pas être un minéral.
Composition chimique définie
Chaque minéral possède une chimie caractéristique.
Le quartz est du dioxyde de silicium (SiO₂).
Le corindon est de l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃).
Le spinelle est de l'oxyde de magnésium et d'aluminium (MgAl₂O₄).
De nombreux minéraux permettent de petites quantités de substitution chimique, mais chaque espèce occupe une gamme de composition bien définie.
Structure cristalline ordonnée
La caractéristique la plus belle des minéraux est peut-être que leurs atomes ne sont pas arrangés au hasard.
Au lieu de cela, ils occupent des positions précises au sein d'un réseau cristallin tridimensionnel répétitif.
Cette architecture atomique invisible contrôle presque toutes les propriétés que nous observons, de la dureté et du clivage à l'indice de réfraction, à la biréfringence et à l'habitus cristallin.
C'est le réseau cristallin qui transforme la chimie en beauté.
Le cas curieux de la glace
L'un des exemples les plus célèbres utilisés dans les cours de minéralogie est la glace ordinaire.
Les flocons de neige, les glaciers et les lacs gelés naturellement sont tous composés de H₂O cristallin.
Comme ce sont des solides inorganiques d'origine naturelle avec une structure cristalline et une chimie définie, ils satisfont à toutes les exigences de la définition du minéral.
La glace naturelle est donc un minéral.
Considérez maintenant un glaçon fait dans votre congélateur.
Chimiquement, il est identique.
Sa structure cristalline est essentiellement identique.
Son comportement optique est identique.
Sa dureté, sa densité et son indice de réfraction sont identiques.
Pourtant, les minéralogistes ne le classent pas comme un minéral.
Pourquoi ?
Parce qu'il ne s'est pas formé naturellement.
Rien n'a changé dans le cristal lui-même.
Seule son origine a changé.
Cet exemple simple illustre l'une des idées les plus importantes en minéralogie :
L'origine naturelle fait partie de la définition d'un minéral.
Gemmes cultivées en laboratoire
Considérons maintenant un rubis cultivé en laboratoire.
Les techniques modernes de croissance cristalline peuvent produire des cristaux d'oxyde d'aluminium chimiquement indiscernables du corindon naturel.
Les atomes d'aluminium et d'oxygène occupent précisément les mêmes positions cristallographiques.
Le chrome se substitue à l'aluminium exactement de la même manière, produisant la même couleur rouge intense.
La dureté reste de 9 sur l'échelle de Mohs.
L'indice de réfraction est le même.
La biréfringence est la même.
La densité spécifique est la même.
Le système cristallin est le même.
Le comportement optique est le même.
Du point de vue de la cristallographie, de la physique et de la chimie, le rubis cultivé en laboratoire est du corindon véritable.
Il en va de même pour le saphir, le spinelle, l'émeraude et de nombreux autres matériaux gemmes cultivés en laboratoire.
Les atomes ne savent pas s'ils ont été assemblés sous une montagne pendant des millions d'années ou à l'intérieur d'un four de croissance cristalline soigneusement contrôlé pendant plusieurs jours.
La physique les traite de manière identique.
La minéralogie, cependant, pose une question supplémentaire :
Comment le cristal s'est-il formé ?
Parce que les cristaux cultivés en laboratoire sont produits par les humains plutôt que par des processus géologiques naturels, ils ne satisfont pas à la définition classique d'un minéral.
Cette distinction est entièrement une question d'origine.
Elle ne dit rien de leur beauté.
Rien de leur qualité.
Rien de leur durabilité.
Rien de leur valeur scientifique.
Pourquoi la minéralogie s'applique toujours
Bien que les gemmes cultivées en laboratoire ne soient pas techniquement des minéraux, presque tout ce que nous apprenons sur les minéraux s'applique toujours à elles.
Les principes de la cristallographie restent inchangés.
La croissance cristalline suit les mêmes principes thermodynamiques.
Les atomes occupent les mêmes positions dans le réseau.
Les éléments traces se substituent aux structures cristallines selon les mêmes règles chimiques.
L'interaction entre le rayonnement électromagnétique et les réseaux cristallins reste identique.
C'est là que la minéralogie et la gemmologie se rencontrent magnifiquement.
Les couleurs que nous admirons proviennent du fait que les éléments traces absorbent des longueurs d'onde spécifiques de la lumière visible.
Le chrome donne au rubis sa couleur rouge profond.
Le fer et le titane produisent de nombreux saphirs bleus.
Le vanadium peut créer le vert vif de l'émeraude.
Ces couleurs sont régies par la mécanique quantique et les orbitales électroniques, et non par le fait que le cristal se soit formé naturellement ou en laboratoire.
Il en va de même pour la brillance.
Lorsque la lumière pénètre dans une gemme, elle ralentit en fonction de l'indice de réfraction du matériau.
La géométrie de la taille détermine l'efficacité avec laquelle cette lumière subit une réflexion interne avant de revenir à l'œil de l'observateur.
La dispersion sépare la lumière blanche en ses couleurs constitutives, produisant des éclairs de feu spectral.
Le pléochroïsme fait que certains cristaux affichent différentes couleurs lorsqu'ils sont vus dans différentes directions cristallographiques.
La fluorescence permet à certaines gemmes d'émettre de la lumière visible après avoir absorbé le rayonnement ultraviolet.
Ces phénomènes optiques remarquables proviennent de la structure cristalline et de la chimie.
La nature et les laboratoires obéissent aux mêmes lois de la physique.
Le cristal ne se soucie pas de l'endroit où il est né.
Roches, pierres et langage
Si les minéraux sont précisément définis, qu'en est-il des roches ?
Une roche est généralement définie comme :
Un agrégat cohérent d'un ou plusieurs minéraux ou minéraloïdes d'origine naturelle.
Le granite est une roche.
Le marbre est une roche.
Le quartzite est une roche.
Même les roches composées presque entièrement d'un seul minéral sont toujours considérées comme des roches.
Le mot pierre, cependant, est différent.
Contrairement à minéral ou roche, pierre n'a pas de définition scientifique universellement acceptée.
Les définitions des dictionnaires décrivent généralement la pierre comme un morceau de roche, de matière minérale, de matériau de construction, de matériau de pavage ou un objet individuel tel qu'une pierre précieuse.
Un schéma intéressant se dessine.
Dans les définitions des dictionnaires, le mot pierre reflète presque toujours une perspective humaine.
Nous construisons avec de la pierre.
Nous pavons les routes avec de la pierre.
Nous sculptons la pierre.
Nous ramassons des pierres.
Nous sertissons des pierres dans des bijoux.
En revanche, les géologues étudient les roches.
Bien que de nombreuses personnes parlent naturellement de trouver une pierre sur une plage ou de lancer une pierre à travers une rivière, le mot lui-même véhicule souvent le sens de quelque chose de sélectionné, manipulé, travaillé ou considéré par les gens.
Pourquoi Gemdrop dit "gemmes"
Dans la gemmologie moderne et le commerce de la joaillerie, des termes tels que pierre précieuse synthétique et pierre précieuse cultivée en laboratoire sont largement acceptés et parfaitement compris.
Chez Gemdrop, cependant, nous avons choisi une approche légèrement différente.
Parce que les minéraux sont définis par leur origine naturelle, et parce que les pierres précieuses désignent traditionnellement des matériaux minéraux naturels utilisés en joaillerie, nous réservons le mot pierre précieuse aux matériaux gemmes d'origine naturelle.
Les matériaux cultivés en laboratoire sont simplement des gemmes.
Ce n'est pas parce qu'ils sont inférieurs.
Loin de là.
Les gemmes cultivées en laboratoire sont de véritables matériaux cristallins possédant la même chimie, les mêmes structures cristallines, les mêmes propriétés optiques et le même comportement physique que leurs équivalents naturels.
Notre terminologie reflète simplement la distinction minéralogique entre les minéraux d'origine naturelle et leurs homologues cultivés en laboratoire.
C'est un petit choix linguistique, mais qui reflète notre engagement envers la précision scientifique.
Regarder vers l'avenir
L'humanité est devenue remarquablement douée pour faire pousser des cristaux.
Des procédés tels que la croissance de Verneuil, le tirage Czochralski, la synthèse hydrothermale, la croissance par flux, l'HPHT et le dépôt chimique en phase vapeur continuent de progresser chaque année.
Les cristaux deviennent plus gros.
La pureté s'améliore.
Les défauts diminuent.
La couleur est contrôlée avec plus de précision.
Des matériaux entièrement nouveaux deviennent possibles.
De nombreux défis qui limitaient la croissance des cristaux il y a seulement une génération ont déjà été surmontés.
Beaucoup d'autres disparaîtront au cours des décennies à venir.
À mesure que l'ingénierie des cristaux continue de mûrir, les gemmes cultivées en laboratoire deviendront de plus en plus sophistiquées, offrant aux tailleurs de gemmes, aux joailliers, aux artistes et aux collectionneurs l'accès à des matériaux extraordinaires que les générations précédentes pouvaient à peine imaginer.
La nature nous inspirera toujours.
Après tout, chaque cristal cultivé en laboratoire doit son existence aux principes démontrés pour la première fois par la géologie il y a des milliards d'années.
Pourtant, les laboratoires nous permettent désormais de comprendre, de reproduire et d'affiner ces mêmes processus avec une précision étonnante.
Conclusion
La distinction entre un minéral et un cristal cultivé en laboratoire n'est pas une question d'authenticité, de beauté ou de qualité.
C'est simplement une question d'origine.
Les minéraux se forment naturellement.
Les cristaux cultivés en laboratoire sont produits par les humains.
Tout le reste, le réseau cristallin, la chimie, la dureté, l'indice de réfraction, la brillance, le feu et l'interaction avec la lumière, reste fondamentalement le même.
Chez Gemdrop, nous célébrons les deux.
Notre choix de décrire les matériaux cultivés en laboratoire comme des gemmes plutôt que des pierres précieuses reflète notre expérience en géologie et notre engagement envers la précision scientifique.
Les mots comptent.
La science compte.
Et peut-être la plus grande leçon de toutes est que, qu'elles soient cultivées profondément dans la Terre ou soigneusement cultivées dans un laboratoire moderne de croissance cristalline, l'extraordinaire beauté des cristaux reflète les mêmes constantes physiques élégantes.