Gemmes & mineralo-mimetisme

Permanents impliqués : Emmanuel Fritsch, Mayté Caldes, Stéphane Jobic et Camille Latouche, Guy Ouvrard

Les matériaux gemmes sont connus pour leur éclat (diamant), leur couleur (rubis, émeraude) et leur pureté. Illustration1 3 D'une façon générale, nous cherchons à comprendre les propriétés de ces matériaux optiques exceptionnels, à forte valeur ajoutée, et à faire la différence entre les vrais et les différents niveaux de « faux ». Nous nous intéressons à l'origine de leur couleur et de leur luminescence, très sensible aux faibles concentrations de défauts. Les spectroscopies optiques et l'observation, non destructives, sont nos méthodes d'investigation privilégiées. Nous développons depuis quelques années un nouveau thème : En imitant le monde minéral, nous essayons de comprendre puis dupliquer les propriétés naturelles des gemmes et des minéraux pour développer des applications industrielles novatrices. Nous appelons cette démarche minéralo-mimétisme. Par exemple, nous dupliquons le photochromisme de la sodalite hackmanite pour, à long terme, faire des mémoires optiques. Cette même démarche est appliquée à la scapolite photochrome. Ces deux aluminosilicates photochromes peuvent être cyclés quasiment à l’infini dans la nature, contrairement à beaucoup de matériaux photochromes organiques.

Mots-clés : Gemme, couleur, minéralo-mimétisme, luminescence

Expertises :
Spectroscopies optiques : Absorption UV-Visible-Proche infrarouge, absorption infrarouge, diffusion Raman, luminescence (y compris en temps résolu), fluorescence X et EDS
Microscopie optique et électronique à balayage

Minéralo-mimétisme, photochromisme, thermochromisme
Origine de la couleur et de la luminescence
Identification des gemmes naturelles, synthétiques et traitées, en particulier diamant, corindon, opale.
Cristallographie : Macles et morphologie du diamant

Liens :
Mogok, la Vallée des Pierres Précieuses.
Ho K., Fritsch E., Rabouan J.-B. Glénat,
Grenoble, 191 pages. (2018) Translated in English, Mogok, the Valley of Precious Stones, Glénat, Grenoble, 191 pages.

Unravelling the Origin of Yellow Luminescence in Natural and Synthetic Scapolites
Blumentritt F., Latouche C, Morizet Y., Caldes M.-T., Jobic S., Fritsch E.
The Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 4591-4596 (2020).

Collaborations :
LPG, Université de Nantes, France
GGTL, Genève, Suisse et Balzers, Liechtenstein
Laboratoire Français de Gemmologie et UFBJOP, Paris, France

Fig1

La variété photochromique naturelle du minéral sodalite, l'hackmanite, passe d'incolore à pourpre foncé sous les ultraviolets
(ici echantillon de Mogok, Myanmar, 1.15 ct), grâce à des traces de soufre substituant le chlore, et créant indirectement
un centre coloré photochrome. Le spectre différence est divisé par 4. Nous synthétisons des pigments synthétiques
photochrome par minéralo-mimétisme.

Fig2 Les diamants caméléons, à la fois thermochromes et photochromes (ici une gemme de 0.39 ct), ont été pour nous
un sujet d’étude depuis longtemps. Ils présentent de nombreux défauts liés à l’azote, l’hydrogène, le nickel et probablement
aussi l’oxygène. Leur très longue phosphorescence (ou luminescence persistante) n’est qu’une de leurs caractéristiques étonnantes.

Fig3 Nous avons démontré que les « aiguilles de boehmite » décrites depuis une cinquantaine d’année, comme ici
dans ce rubis tanzanien, sont en fait des canaux de Rose vides, à l’intersection des lamelles de macles mécaniques.

Thèse en cours
Feodor BLUMENTRITT (doctorant) : Matériaux à propriétés ciblées par minéralo-mimétisme Le photochromisme de la sodalite et de la scapolite.

Publications representatives ou récentes
Gemology, the emerging science of gems
Fritsch E., Rondeau B.
Elements 5 , 147-152 (2009)

Chapter 13: Raman spectroscopy applied to gemology.
In "Raman Spectroscopy applied to Earth Sciences and cultural heritage"
Fritsch E., Rondeau B., Hainschwang T., Karampelas S.,
EMU Notes in Mineralogy, 12, 453–488 (2012)

Boehmite needles” in corundum are Rose Channels.
Notari F., Fritsch E., Caplan C., Hainschwang T.
Gems & Gemology, 54-3, 257 (2018) Reproduced in “News” on GGTL site.

What Truly Characterises a Chameleon Diamond?
An example of an atypical 25.85 ct Stone.
Fritsch E. & Delaunay A.
Journal of Gemmology, vol. 36, n° 2, pp. 142-151. (2018)

Mogok, la Vallée des Pierres Précieuses.
Ho K., Fritsch E., Rabouan J.-B. Glénat,
Grenoble, 191 pages. (2018)
Translated in English, Mogok, the Valley of Precious Stones, Glénat, Grenoble, 191 pages.

ANR et contrats
Conseil scientifique & ingénierie de formation, Laboratoire Français de Gemmologie, Paris, France.