COULEUR DES MINÉRAUX

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Depuis la plus haute antiquité, les hommes ont été fascinés par la couleur de certains minéraux, faisant de ceux-ci des talismans aussi bien que des parures. Très appréciées par les Égyptiens et les Chinois, les roches vertes l'étaient déjà au Néolithique. Les Aztèques entassaient dans leurs temples jades et émeraudes, à côté des topazes. Les tombes de Mésopotamie et d'Égypte nous montrent combien à ces époques étaient prisées l'améthyste, pour sa belle couleur violette, ainsi que la cornaline qui, par sa couleur rouge, rappelait le sang, donc symbolisait la vie. Exploité il y a plus de 5 000 ans, le lapis-lazuli d'Afghanistan était expédié fort loin, jusque sur les bords de la Baltique, dont l'ambre récolté sur les rivages était connu dans tout le monde méditerranéen.

Gros plan d’une améthyste

Photographie : Gros plan d’une améthyste

L'améthyste est une variété de quartz facilement reconnaissable à sa couleur violette. 

Crédits : S. Toronto/ Shutterstock

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Loin de faiblir, l'attrait des parures minérales n'a fait que grandir au cours des siècles avec la découverte de nouvelles gemmes et surtout avec les progrès de leur taille. De nos jours, indépendamment de leur usage en joaillerie, les minéraux colorés sont de plus en plus recherchés par les collectionneurs et, pour ne considérer que leur beauté, présentent souvent plus d’attraits que l’incolore diamant.

Mais, indépendamment de cet aspect esthétique, la couleur des minéraux est un domaine d'étude passionnant pour les théoriciens, car le phénomène dépend à la fois de la structure du minéral et de son homogénéité tant physique que chimique.

Origine de la couleur

Si les premiers céramistes de l'Antiquité et, plus tard, les maîtres verriers de nos grandes cathédrales savaient quelle substance et en quelle proportion il fallait ajouter à l'argile ou au sable, leur savoir était purement empirique. Il fallut, pour une première approche du problème de l'origine de la couleur, attendre Johann Wolfgang von Goethe, qui distingua trois groupes de minéraux : les minéraux qualifiés d'idiochromatiques, dont la couleur est directement liée à la composition chimique, les minéraux dits allochromatiques, dont la couleur provient d'impuretés, et les minéraux pseudo-chromatiques, dont l'aspect procède de phénomènes d'interférence. Dans la première moitié du xxe siècle, les spectres d'absorption de plus d'une centaine de minéraux furent déterminés. Mais ce n’est réellement qu'après 1950 que les relations avec la structure et la composition chimique commencèrent à être comprises grâce aux développements de la chimie théorique.

En fait, la couleur d'une substance résulte de la conjugaison de deux phénomènes, tout aussi importants l'un que l'autre, mais complètement indépendants.

La couleur, en tant que sensation physiologique, dépend à la fois du spectre d'absorption du corps en question, c'est-à-dire des fréquences qu'il absorbe, et de la courbe de sensibilité de notre œil, qui ne perçoit que les longueurs d'onde comprises environ entre 400 et 800 nanomètres (nm ; 1 nm = 10—9 m), avec un maximum de sensibilité vers 600 nanomètres.

Du point de vue énergétique, les atomes, constituant les molécules et donc les cristaux, sont caractérisés par un ensemble de niveaux d'énergie bien déterminé sur lesquels les électrons vont pouvoir se placer à raison de deux au maximum par niveau. Dans un atome ou un cristal, plusieurs niveaux peuvent correspondre à la même énergie (E) : on dit qu'ils sont dégénérés (d'ordre n si l'ensemble est constitué de n niveaux), formant des multiplets. Dans les molécules, les niveaux sont généralement simples. Sous l'effet de la lumière, les électrons vont pouvoir sauter sur des niveaux supérieurs vides. Toutefois, pour qu'un tel saut (on dit aussi transition) ait lieu, il faut que, entre la fréquence ν de la radiation et la différence ΔE d'énergie entre les niveaux concernés, on ait la relation ΔE = , où h est la constante de Planck. L'énergie ainsi absorbée sera convertie en chaleur ou bien réémise dans toutes les directions, sous forme de radiations. L'ensemble des fréquences absorbées constitue ce qu'on appelle le spectre d'absorption de la substance. La lumière qui pénètre plus ou moins profondément dans le cristal sera réfléchie par les divers plans réticulaires de celui-ci. Elle ressortira appauvrie en certaines longueurs d'onde par rapport à la lumière incidente. Si celle-ci est de la lumière blanche, c'est-à-dire contenant toutes les fréquences visibles, la substance paraîtra colorée. À titre indicatif, le tableau donne la couleur en fonction de la longueur d'onde λ absorbée (cf. tableau).

Couleur des corps en fonction de la longueur d'onde λ absorbée

Tableau : Couleur des corps en fonction de la longueur d'onde λ absorbée

Couleur des corps en fonction de la longueur d'onde λ absorbée. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Un insecte n'éprouve pas les mêmes sensations que nous du fait qu'il ne perçoit pas les mêmes radiations. La mouche, par exemple, ne voit pas le rouge ou plutôt ce que nous qualifions de rouge.

Si plusieurs fréquences sont absorbées, la couleur observée est un mélange des couleurs de base correspondantes données par le tableau. Si toutes sont absorbées, le corps paraît noir. Si aucune n'est absorbée, il est transparent.

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Gros plan d’une améthyste

Gros plan d’une améthyste
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Couleur des corps en fonction de la longueur d'onde λ absorbée

Couleur des corps en fonction de la longueur d'onde λ absorbée
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Décomposition d'un multiplet

Décomposition d'un multiplet
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : professeur émérite à l'université de Provence

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Pour citer l’article

André JULG, « COULEUR DES MINÉRAUX », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/couleur-des-mineraux/