Le spinelle synthétique Verneuil

15 février 2013

Derière mise à jour : 25 août 2016

 

Bref historique de la synthèse Verneuil

Cet article s'adresse à chaque personne concernée par le milieu des pierres précieuses. Le spinelle synthétique Verneuil se trouve en très grande abondance sur le marché.

Nous allons nous consacrer aux spécificités de ce cristal gemme reproduit en laboratoire pour savoir comment le reconnaître rapidement, dans sa synthèse la plus courante, celle qui porte le nom de son inventeur : VERNEUIL.

Dès les premières décennies du XXème siècle, avant même d'être véritablement connu comme pierre naturelle de grande beauté pouvant être extraite des entrailles de la Terre, le spinelle a été synthétisé en laboratoire. Dans le mode de synthèse qui nous intéresse, il s'agit d'une découverte "accidentelle" durant  des travaux de recherches sur la synthèse (synthèse dite par fusion sèche ou fusion dans la flamme) des saphirs et rubis ardemment menés à l'époque.  Certaines sources rapportent qu'il y a eu une erreur de manipulation dans les composants de base.

 

brut spinelle synth verneuil

Des bulles d'air figées dans leur mouvement par la matière qui les a emprisonnées en cristallisant instantanément.

Phénomène observable avec une simple loupe 10x.

Pour comprendre les conditions de cette découverte fortuite, il faut préciser que le spinelle est un oxyde de magnésium et d'aluminium [Mg Al2O4], c'est-à-dire que si l'on pouvait l'exprimer ainsi, son "ADN" est composé d'atomes d'oxygène, d'aluminium et de magnésium.  Le corindon (qui regroupe le saphir et le rubis) est différent car c'est un oxyde d'aluminium Al2O3. Son "ADN" à lui n'est donc composé que d'atomes d'oxygène et d'aluminium… Sans magnésium, contrairement au spinelle. Cette "simple" différence dans la composition chimique de ces deux variétés de pierres précieuses conduit pourtant à une énorme différence de propriétés des matériaux gemmes que le gemmologue s'empressera d'exploiter.

Un deuxième facteur s'ajoute pourtant, et c'est lui le plus important. A l'état de pureté "absolue", ni le spinelle, ni le corindon ne possèdent de couleur. Ils restent, si leur composition respecte la formule chimique évoquée précédemment,  totalement incolores.

Comment la couleur peut-elle alors s'y trouver ? C'est grâce à la présence d'autres éléments (d'autres atomes qui sont considérés alors comme impuretés -nommés éléments chromogènes- qui ne font pas partie des éléments de la formule du cristal parfait) qui vont venir se substituer aux atomes d'aluminium dans la composition des cristaux, lors de leur croissance, du fait de leur présence exogène. Le cristal de spinel est par conséquent un matériau dit allochromatique (les éléments provoquant la couleur sont extérieurs à sa composition de base, à sa formule chimique parfaite).

Par exemple, quand le chrome colore le corindon en rouge, on parle de rubis car, le corindon incolore, pur dans l'absolu, est devenu rouge par une présence infinitésimale d'atomes de chrome.  Pour le spinelle, c'est aussi le chrome qui colore la pierre en rouge. Au final, la présence de ces atomes piégés (ou de substitution) lors de la genèse du cristal offriront la couleur et la beauté recherchées.

Dans le cas du spinelle synthétique Verneuil, il aura donc fallu que du magnésium soit inopinément interverti ou confondu avec celui d'un élément colorant destiné à colorer du corindon pour que quelque temps plus tard, Auguste Victor Louis Verneuil (1856-1913) chimiste dunkerquois et inventeur de cette synthèse prometteuse donne son nom à la gemme de cette étude : le spinelle synthétique Verneuil.

 

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Zoom sur des bulles d'air figées lors de la cristallisation de la matière.

 

Investigations à la loupe 10 x

La compréhension du principe de fabrication de cette synthèse rend plus aisée la recherche des inclusions dans le matériau synthétique obtenu.

De nombreux sites détaillent cette  synthèse sur Internet. On prend les composants de départ à l'état de poudre (état solide - aluminate de magnésium [Mg Al2O4], dans le cas du spinelle incolore) que l'on fait fondre au contact d'une flamme (il faut plus de 2000° C).  La poudre passe donc à l'état de liquide (elle a fondu), et "tombe" par simple gravitation sur un germe situé plus bas que la flamme. Puis la matière première change à nouveau de contexte thermique et donc d'état (il fait plus froid en quittant la flamme) et se solidifie en un temps record mais cette fois-ci dans un monocristal sur une amorce que l'on met en rotation (un peu comme une flaque se figerait en glace une fois la température nécessaire atteinte).

L'aluminate de magnésium, en continuant d'être saupoudré régulièrement va faire grossir le germe cristallin par couches concentriques. Certaines bulles d'air (inclusions gazeuses) présentes à différents stades du processus vont venir s'enchâsser dans la matière cristallisée. C'est elles que l'on doit rechercher à l'observation. Elles peuvent avoir différentes formes, mais surtout celle dite "télescopée".

Très fréquememnt incolore, bleu ou rose, le vert se rencontre aussi. Beaucoup de ces spinelles synthétiques, une fois taillés, sont purs à la loupe 10x.

 

Une singularité dans sa composition

A noter que le spinelle synthétique Verneuil fait un peu exception aux règles de nomenclature. Il est en effet toléré de traiter ici de spinelle synthétique même si le procédé ne reproduit pas rigoureusement  à 100 % la même composition chimique que le spinelle naturel. L'analyse chimique de cristaux révèle que les proportions des quantités d'atomes dans la formule chimique naturelle du cristal [Mg Al2O4] ne sont plus les mêmes dans les Verneuil : le rapport de la quantité d'aluminium dans un Verneuil par rapport à celle du magnésium y est plus forte. Il s'agit d'une singularité propre au spinelle dans ce mode de fabrication. C'est un atout énorme pour le gemmologue qui va pouvoir "lire" ce changement de composition avec un simple polariscope!

Le spinelle a le même caractère optique que le diamant, c'est à dire qu'il est isotrope (iso = même et trope = comportement). Ainsi, un rayon lumineux qui traverse un cristal de spinelle est simplement réfracté (et monoréfringent - dévié et ralenti de son parcours initial).

Mais comme indiqué précédemment, le spinelle synthétique Verneuil comporte des différences de dosages dans le rapport Aluminium et Magnésium. Ceci génère dans la structure du cristal des tensions dont les causes endogènes vont s'identifier lors du passage de la lumière dans le cristal. L'utilisation du polariscope (filtres croisés #) illustre cela très distinctement, et on parlera d'anomalies de polarisation.

 

Un comportement bien spécifique AU POLARISCOPE EN FILTRES CROISES

 

Recherche des anomalies singulières au polariscope en filtres croisés. Attention, il ne s'agit pas comme pour le verre de lignes vermiculées au contour bien défini.

Le polariscope est, avec la loupe, un outil de base indispensable en gemmologie. En plaçant un spinelle sur la table de celui-ci, en veillant à croiser les filtres (le fond doit donc être noir), il est possible, tout en prenant bien soin de faire tourner la pierre posée à l'étude, d'y détecter des figures d'apparence filandreuses (nommées parfois lignes tigrées ou tatamis) qui semblent littéralement se mouvoir en traversant la pierre. Ces lignes peuvent évoquer des nuages noirs visionnés en vitesse accélérée, qui se déplacent très rapidement, toujours dans la même direction, à l'infini, du moins, tant que l'on fait tourner la pierre. Il s'agit de figures d'extinction anormales plutôt remarquables dues à des tensions internes dans le cristal, elle même générées par le "non-respect" des proportions des éléments constitutifs du cristal de synthèse par rapport au cristal naturel*.

L'idéal étant de pouvoir combiner la lecture au polariscope (et dans ce cas, il faudra un polariscope de table) avec la loupe 10 x pour les observer au cœur de plus petites pierre. Cette figure d'extinction est vraiment très particulière. Combinée à quelques autres éléments (présence de bulles téléscopées, couleur parfois singulière et IR), on obtient le diagnostique recherché. Enfin, et pour rappel, la présence des bulles (télescopées ou irrégulières et déchiquetées, parfois en forme de toiles d'araignée hexagonale) est beaucoup plus facile à détecter dans ce cadre d'observation (POL # et loupe 10x) et leur relief est particulièrement mis en valeur.

 

Ces lignes représentent les tensions présentes dans la matière, au cœur du cristal.

 

Bouteille (boule) Verneuil  sous polariscope # avant d'être scindée dans le sens de la longueur.

Pour aller plus loin

Le changement de proportions par rapport au référent naturel engendre une densité modifiée aussi; elle est plus importante (3,61 à 3,67). L'indice de réfraction est également concerné: on obtient des valeurs situées entre 1,725 et 1,730 et plus généralement 1,728.

Sont exploitables encore d'autres outils : les lampes à UV et le filtre de Chelsea qui donnent de bons éléments de convergence.

Grâce à ce procédé de fabrication Verneuil, ont été produites des myriades industrielles de corindons synthétiques (rubis, saphir, saphir de différentes couleurs et étoilés) en plus des spinelles synthétiques de différentes couleurs. Les délais de productions très courts et le prix de revient des matériaux obtenus (tous de la famille des oxydes) ont permis d'atteindre des courbes de productions particulièrement révélatrices.

Comme il est très courant de trouver des synthèses Verneuil sur le marché, il est essentiel de rester très vigilant. Internet se révèle être un nouveau vivier de pierres synthétiques ou d'imitation frauduleusement annoncées comme étant naturelles.

Les beaux spinelles naturels sont très rares ! Issus des plus beaux gisements ils trouveront aisément une âme à séduire. Leur histoire personnelle évoquée dans "Gemmes de beauté, gemmes oubliées" nous prouve qu'ils atteignent allègrement les places d'exception auxquelles ils sont réellement destinés.