Cristallochimie de gemmes provenant du Minas Gerais, Brésil

Abstract

Une quarantaine d’échantillons, représentant six espèces minérales du Minas Gerais (Brésil), ont été étudiés par diffraction des rayons X sur monocristal, afin d’affiner leur structure. La plupart de ces minéraux a également été soumise à des analyses à la microsonde électronique, au LA-ICP-TOF-MS, et à la spectrométrie de fluorescence X, pour déterminer leurs compositions en éléments majeurs et en éléments en traces. Les tourmalines du Minas Gerais, malgré leurs origines diverses, montrent généralement des compositions variant le long de la série elbaïte-schorl. L’elbaïte est, de loin, l’espèce la plus représentée tandis que le schorl constitue une composante plus ou moins importante selon le cristal étudié. Les principales substitutions concernent, dès lors, les éléments majeurs (Al+Li) de l’elbaïte et Fe2+ du schorl sur le site cristallographique Y. Un lien a pu être établi entre les distances cations-oxygènes des sites Y et Z, et la taille de la maille cristalline. Les paramètres de maille varient entre 15,8187(3) Å ≤ a ≤ 15,9582(4) Å et 7,09242(16) Å ≤ c ≤ 7,1279(2) Å, ce qui est cohérent pour de telles compositions. Deux comportements majeurs ont été observés dans les béryls de cette région. Un premier groupe d’échantillons montre un enrichissement en Si, Be et Al, un appauvrissement en Na et Li et une substitution Al→Me2+. Ce remplacement ne s’observe pas dans le second groupe, mais Na est fortement enrichi dans les canaux de la structure. Li remplace Be en se localisant sur des sites voisins. Les échantillons appartiennent donc au béryls sodiques, sodico-lithifères et césio-lithifères. Les rapports c/a, qui varient de 0,996 à 1,001, ont démontré que ces mêmes cristaux appartenaient également aux béryls normaux, tétraédriques et octaédriques. Parmi les topazes étudiées, un seul échantillon a été identifié comme étant une topaze impériale d’Ouro Preto, les autres étant des topazes incolores de l’Eastern Brazilian Pegmatite Province. Les compositions sont proches des valeurs stœchiométriques, avec des rapports XOH de l’ordre de 0,16 à 0,26. La formule empirique typique de ces topazes s’écrit Al2(Si0,99Al0,01)∑1,00O4 (F1,51OH0,49)∑2,00. Les deux spodumènes étudiés montrent de légères différences au niveau du site M1. L’échantillon jaune-vert est plus enrichi en Fe, tandis que la kunzite rose contient plus de Mn sur ce site. Cela indique que Fe pourrait être à l’origine de la couleur verte du cristal, alors que Mn donnerait une couleur rose au minéral. Deux phosphates ont également été étudiés. Le premier, une montebrasite de formule Li0,94Al0,97P1,03O4 (OH0,97F0,03)∑1,00, montre une corrélation positive entre les taux de F et de Na. Les faibles teneurs en F sont liées à l’occupation de la plupart des sites anioniques par OH, tandis que les faibles taux de Na s’expliquent par l’absence d’exsolutions de lacroixite. Les paramètres de maille mesurés valent a = 5,0424(6) Å, b = 5,1979(6) Å, c = 7,0293(12) Å, α = 106,634(13)°, β = 109,250(13)°, γ = 97,917(10)°. Le second phosphate étudié est une brazilianite Na0,98Al2,96P2,05O8(OH3,92F0,08)∑4,00. F est rare dans ce minéral et les sites anioniques sont dominés par OH. L’analyse des éléments en traces indique que l’échantillon a pour origine le Granite d’Urucum. Les paramètres de maille mesurés valent : a = 7,09299(18) Å, b = 10,1486(2) Å, c = 11,2292(3) Å and β = 97,337(2)°. Pour chaque espèce, la structure est cohérente avec celles qui ont été décrites antérieurement. La déformation des polyèdres de coordination a été évaluée et discutée. Les éléments en traces ont été introduits, mais d’avantage d’études devront être menées sur le sujet.

Some forty samples from six mineral species originating from Minas Gerais (Brazil) have been studied by single-crystal X-ray diffraction to refine their crystal structure. Most of these minerals were also submitted to electron microprobe, LA ICP-TOF-MS and X-ray fluorescence compositional analyses for major and traces elements determination. Tourmalines from Minas Gerais, despite their diverse origins, often show similar compositions varying along the elbaite-schorl series. Elbaite is by far the most represented species and schorl mainly appears as a more or less important component depending on the samples. The main substitutions take therefore place between the major elements (Al+Li) (elbaite) and Fe (schorl) on the Y crystallographic site. A link has been established between the cations-oxygens distances that characterize the Y and Z sites and the size of the crystal unit cell. Unit-cell parameters in the ranges 15.8187(3) Å ≤ a ≤ 15.9582(4) Å and 7.09242(16) Å ≤ c ≤ 7.1279(2) Å, are consistent with an elbaite-to-schorl composition. Two major behaviours have been observed in beryls from this region. A first group of samples showed Si, Be and Al enrichment but Na and Li depletion, along with an Al→Me2+ substitution. The second one showed no such replacement but Na were deeply enriched in the structure channels. Li replaces Be on neighbouring crystallographic sites. These data therefore showed that these samplesbelong to both sodic, sodico-lithiferous and cesio-lithiferous beryls. c/a ratios ranging from 0.996 to 1.001 led to the conclusion that both normal, tetrahedral and octahedral beryls are present in Minas Gerais. Amongst the studied topaz, only one sample was identified as an Imperial topaz from Ouro Preto, the other ones being colourless samples from the Eastern Brazilian Pegmatite Province. Compositions are close to the stoichiometric values, with XOH ratios ranging from 0.16 to 0.26. Typical empirical formula for these topazes can be written as Al2(Si0.99Al0.01)∑1.00O4 (F1.51OH0.49)∑2.00. The two spodumenes showed slight differences regarding the M1 site. The green-to-yellow sample is slightly enriched in Fe, while the kunzite pink sample contains more Mn on this site. This shows that Fe may be at the origin of the green colour, while Mn accounts for the pink one. Two phosphates were also studied. The first one, a montebrasite with the formula Li0.94Al0.97P1.03O4 (OH0.97F0.03)∑1.00, showed a positive correlation between F and Na contents. Low F contents are due to OH occupying most of anionic sites, while low Na contents are explained by the absence of lacroixite exsolutions. Unit-cell parameters were a = 5.0424(6) Å, b = 5.1979(6) Å, c = 7.0293(12) Å, α = 106.634(13)°, β = 109.250(13)°, γ = 97.917(10)°. The second phosphate was a brazilianite Na0.98Al2.96P2.05O8(OH3.92F0.08)∑4.00. F was also rare in this mineral and OH occupied most of the anionic sites. The trace element analysis indicates that the sample may originate from the Urucum Granite. Unit-cell parameters were measured: a = 7.09299(18) Å, b = 10.1486(2) Å, c = 11.2292(3) Å and β = 97.337(2)°. For every species, the crystal structure is coherent with the ones previously described in the literature. The deformation of each coordination polyhedron has been assessed and discussed. Traces elements were discussed but further studies need to be conducted on this topic.