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Rubis et saphirs révèlent leurs origines

350 échantillons provenant de 130 gisements sur 30 pays : c'est ce que rassemble une base de données isotopique constituée à l'issue d'un tour du monde de quatre années. De quoi remonter aux origines des rubis et saphirs du monde entier…

VDL Rubisetsaphirs p 11

© T. Mamberti / CNRS Photothèque

Vue d'ensemble de la sonde ionique permettant d'extraire des atomes des pierres précieuses pour les analyser.


Rubis rouge « sang de pigeon » du Myanmar, saphirs bleu profond du Cachemire… Ces gemmes sont parmi les plus précieuses et les plus recherchées. Mais comment être certain de leur provenance ? Peut-on remonter à leur gisement d'origine ? Plus généralement, comment aider les prospecteurs à trouver de nouveaux gisements ?

Gaston Giuliani, directeur de recherches à l'Institut de recherche pour le développement (IRD) 1, tente de répondre à ces questions depuis des années. Affecté au Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG) 2 de Vandœuvre-lès-Nancy, ce géologue est un familier des pierres précieuses : il a travaillé dix ans sur les émeraudes. Et il a constaté qu'on peut distinguer les pierres du Brésil de celles de Colombie, dont les roches-mères sont de nature différente, par une technique simple : l'analyse isotopique. Il s'agit de mesurer le rapport entre les quantités d'oxygène 16 et d'oxygène 18 contenues dans les pierres. Pour cela, l'échantillon est fondu sous vide et l'oxygène est libéré par l'action d'un oxydant puissant, le pentafluorure de brome. Les quantités d'isotopes sont très précisément mesurées avec un spectromètre de masse.

À partir de 1998, il délaisse les pierres vertes pour se consacrer avec son collègue, Daniel Ohnenstetter (CRPG), aux rouges et aux bleues. « Il y a beaucoup de flou géologique sur les gisements de rubis et saphirs, précise le géologue, car il en existe beaucoup de types différents. » D'où un tour du monde – Vietnam, Pakistan, Cachemire, Népal – pour collecter les pierres des gisements connus. Avant de solliciter Anthony Fallick, directeur du laboratoire du Scottish Universities Environmental Research Centre de Glasgow (Écosse), pour réaliser leur analyse isotopique. Au total, 350 échantillons de rubis et saphirs, provenant de 130 gisements sur 30 pays, ont été étudiés. Un travail qui a mobilisé plusieurs chercheurs à 100 % sur quatre ans 3. Le résultat ? Une base de données isotopique des rubis et saphirs du monde entier !

Cet outil unique permet d'intéressantes applications. Il peut ainsi aider les experts gemmologues : ce rubis d'un beau rouge provient-il bien des gisements prestigieux du Myanmar, ou s'agit-il d'une pierre pâlichonne achetée à Madagascar et chauffée pour raviver sa couleur ? « On ne peut pas dire à quel endroit précis une pierre a été extraite, prévient cependant Gaston Giuliani, car les fourchettes des valeurs isotopiques de plusieurs gisements se recouvrent. Mais on peut dire de quel type de gisement elle provient, car la teneur en isotopes dépend directement de la nature de la roche-mère. Celle-ci réagit à haute température avec le fluide qui va donner naissance au rubis, et ses éléments, dont l'oxygène, se retrouvent dans les gemmes. C'est pourquoi un rubis né dans les marbres en Asie ne donne pas les mêmes compositions isotopiques que s'il provenait d'une amphibolite en Afrique. » Problème : on ne peut utiliser la fusion pour lever un doute sur une pierre taillée de prix, car la méthode est destructive. C'est alors qu'un outil vient à la rescousse : la sonde ionique Cameca 1270, installée au CRPG 4. Un faisceau d'ions, focalisé sur une seule face de la pierre, arrache quelques atomes qui seront analysés et ne laisse qu'un minuscule cratère de moins de 1 micromètre, invisible à l'œil nu.

Gaston Giuliani a déjà utilisé cette technique sur des émeraudes « historiques » arrivées en Europe depuis l'Antiquité. Elles proviennent de gisements très différents, et une « route commerciale des émeraudes » a pu être tracée. Un travail remarqué de géochimie autant que d'archéologie, qui vaudra à l'équipe la couverture de Science en 2000 5. Mais la route des rubis et saphirs reste encore à trouver. Pour l'heure, les chercheurs calibrent la sonde ionique pour ces deux types de pierres à partir des données isotopiques recueillies.

L'autre application, sans doute la plus importante, concerne la prospection. Ainsi, à Madagascar se trouve un des plus gros gisements de saphirs du monde, Ilakaka, qui s'étend sur près de 500 km2. Il est formé de « placers », des amoncellements de granulats charriés par l'eau. Dans ce cas, les saphirs ont pu être transportés très loin de leur roche-mère. Comment la retrouver ? En soumettant les pierres à l'analyse isotopique, puis en se reportant à la base de données, bien sûr. D'après les chercheurs, pas moins de cinq types de roches-mères ont fourni les saphirs à Ilakaka. On peut désormais orienter la prospection vers les gisements primaires qui se trouvent dans les formations géologiques environnantes. Mais le travail est loin d'être terminé, et les chercheurs du CRPG devaient rejoindre sur place leurs partenaires de l'université d'Antananarivo en septembre. Avec un objectif : caractériser complètement ce gisement modèle d'ici à deux ans !

 

 

Jean-François Haït

 

Notes :

1. Au sein du Laboratoire des mécanismes et transferts
en géologie de Toulouse (CNRS / université Toulouse-III / IRD).
2. Laboratoire CNRS.
3. Giuliani G., Fallick A. E., Garnier V., France-Lanord Ch., Ohnenstetter D., Schwartz D., « Oxygen isotope compositions as a tracer for the origins of rubies and sapphires », Geology, vol. 33, n° 4, pp. 249-252, avril 2005.
4. Cameca : financement CNRS / ministère de l'Éducation nationale / région Lorraine.
5. Giuliani, Chaussidon, Schubnel et al., « Oxygen isotopes and emerald trade routes since Antiquity », Science, vol. 287, n° 5453, pp. 631-633, 28 janvier 2000.

Contact

Gaston Giuliani CRPG, Vandœuvre-lès-Nancy giuliani@crpg.cnrs-nancy.fr

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