Saphir

Le saphir est une pierre précieuse , une variété du corindon minéral , composé d’ oxyde d’aluminium ( α – Al ₂ O ₃ ) avec des traces d’éléments tels que le fer , le titane , le chrome , le vanadium ou le magnésium . Le nom saphir est dérivé du latin « saphirus » et du grec « sapheiros », qui signifient tous deux bleu. Il est généralement bleu, mais les saphirs “fantaisie” naturels existent également dans les couleurs jaune, violet, orange et vert; “parti saphirs” montrent deux ou plusieurs couleurs. Des pierres de corindon rouge sont également présentes, mais sont appelées rubispas des saphirs. ^[2] Le corindon de couleur rose peut être classé comme Rubis ou saphir selon le lieu. Généralement, les saphirs naturels sont taillés et polis en pierres précieuses et portés en bijoux . Ils peuvent également être créés synthétiquement dans des laboratoires à des fins industrielles ou décoratives dans de grandes boules de cristal . En raison de la dureté remarquable des saphirs – 9 sur l’ échelle de Mohs (le troisième minéral le plus dur, après le diamant à 10 et la moissanite à 9,5) – les saphirs sont également utilisés dans certaines applications non ornementales, telles que les composants optiques infrarouges , les fenêtres à haute durabilité, cristaux de montre- bracelet et roulements de mouvement, et plaquettes électroniques très fines , qui sont utilisées comme substrats isolants de l’électronique à semi-conducteurs à usage spécial tels que les circuits intégrés et les LED bleues à base de GaN . Le saphir est la pierre porte-bonheur de septembre et le joyau du 45e anniversaire . Un jubilé de saphir se produit après 65 ans. ^[3]

Saphir
Le saphir Logan bleu de 423 carats (85 g)
Général
Catégorie	Oxyde minéral
Formule (unité répétitive)	Oxyde d’aluminium , Al 2 O 3
Système cristal	Trigone
Classe de cristal	Scalenoèdre hexagonal ( 3 m) Symbole HM : ( 3 2/m)
Groupe d’espace	R 3c _
Identification
Couleur	Généralement bleu, mais varie
habit de cristal	Sous forme de cristaux, massifs et granuleux
Jumelage	Tant les macles de croissance (dans diverses orientations) que les macles polysynthétiques glissées sur le rhomboèdre [10 1 1
Clivage	Pauvres
Fracture	Conchoïdal, éclaté
Dureté de l’échelle de Mohs	9.0
Lustre	Vitreux
Traînée	Incolore
Diaphanéité	Transparent à presque opaque
Gravité spécifique	3,98 ~ 4,06
Propriétés optiques	Abbé numéro 72.2
Indice de réfraction	n ω =1,768–1,772 n ε =1,760–1,763, Biréfringence 0,008
Pléochroïsme	Fort
Point de fusion	2 030–2 050 °C
Fusibilité	Infusible
Solubilité	Insoluble
Autres caractéristiques	Coefficient de dilatation thermique (5,0–6,6)×10 −6 /K [ citation nécessaire ] permittivité relative à 20 °C ε = 8,9–11,1 (anisotrope) [1]

Principaux pays producteurs de saphir

Saphirs naturels

Un saphir jaune brut non taillé trouvé à la mine de saphir de Spokane près d’Helena, dans le Montana

Le saphir est l’une des deux variétés gemmes de corindon , l’autre étant le Rubis (défini comme le corindon dans une nuance de rouge). Bien que le bleu soit la couleur de saphir la plus connue, ils existent dans d’autres couleurs, y compris le gris et le noir, et peuvent également être incolores. Une variété de saphir orange rosé est appelée padparadscha .

D’importants gisements de saphir se trouvent en Australie , en Afghanistan , au Cambodge , au Cameroun , en Chine ( Shandong ), en Colombie , en Éthiopie , en Inde ( Cachemire ), au Kenya , au Laos , à Madagascar , au Malawi , au Mozambique , au Myanmar ( Birmanie ), au Nigeria , au Rwanda , au Sri Lanka , Tanzanie , Thaïlande ,États-Unis ( Montana ) et Vietnam . ^{[4] : 431–707 Le} saphir et le Rubis se trouvent souvent dans les mêmes environnements géographiques, mais ils ont généralement des formations géologiques différentes. Par exemple, le Rubis et le saphir se trouvent dans le Mogok Stone Tract au Myanmar, mais les Rubis se forment dans le marbre, tandis que le saphir se forme dans les pegmatites granitiques ou les syénites de corindon. ^{[4] : 403–429}

Chaque mine de saphir produit une large gamme de qualité, et l’origine n’est pas une garantie de qualité. Pour le saphir, le Cachemire reçoit la prime la plus élevée, bien que la Birmanie, le Sri Lanka et Madagascar produisent également de grandes quantités de pierres précieuses de qualité. ^[2]

Le coût des saphirs naturels varie en fonction de leur couleur, de leur clarté, de leur taille, de leur coupe et de leur qualité globale. Les saphirs complètement non traités valent bien plus que ceux qui ont été traités. L’origine géographique a également un impact majeur sur le prix. Pour la plupart des pierres précieuses d’un carat ou plus, un rapport indépendant d’un laboratoire respecté tel que GIA , Lotus Gemology ou SSEF est souvent exigé par les acheteurs avant de faire un achat. ^[5]

Couleurs

Les saphirs de couleurs autres que le bleu sont appelés saphirs “fantaisie” ou “particolores”. ^[6]

Les saphirs fantaisie se trouvent souvent dans des teintes jaunes, orange, vertes, brunes, violettes et violettes. ^[7]

Bleu saphire

Saphir bleu en forme de goutte

La couleur des pierres précieuses peut être décrite en termes de teinte , de saturation et de tonalité . La teinte est communément comprise comme la ” couleur ” de la pierre précieuse. La saturation fait référence à la vivacité ou à la luminosité de la teinte, et le ton est la légèreté à l’obscurité de la teinte. ^{[4] : 333–401} Le saphir bleu existe dans divers mélanges de ses teintes primaires (bleu) et secondaires, divers niveaux de tonalité (nuances) et à divers niveaux de saturation (vivicité).

Les saphirs bleus sont évalués en fonction de la pureté de leur teinte bleue. Le violet et le vert sont les teintes secondaires les plus courantes trouvées dans les saphirs bleus. ^{[4] : 333–401} Les prix les plus élevés sont payés pour les gemmes qui sont d’un bleu pur et d’une saturation vive. Les gemmes dont la saturation est plus faible, ou dont le ton est trop sombre ou trop clair ont moins de valeur. Cependant, les préférences de couleur sont un goût personnel, comme une saveur de crème glacée. ^{[4] : 333–401}

Le saphir Logan de 423 carats (84,6 g) du National Museum of Natural History , à Washington, DC , est l’un des plus grands saphirs bleus à facettes de qualité gemme qui existent.

Saphir bleu foncé, probablement d’origine australienne, présentant le brillant éclat de surface typique des pierres précieuses de corindon à facettes.

La sirène de 422,66 ct de Serendip ^[8] au musée des sciences naturelles de Houston est un autre exemple étonnant d’un saphir sri-lankais exposé au public.

Parti Saphirs

Les saphirs particolores ou saphirs bicolores sont les pierres qui présentent deux couleurs ou plus dans une seule pierre. ^[7] L’opportunité des saphirs particolores ou bicolores est généralement jugée en fonction du zonage ou de l’emplacement de leurs couleurs, de la saturation des couleurs et du contraste de leurs couleurs. ^[9] L’Australie est la plus grande source de saphirs particolores; ils ne sont pas couramment utilisés dans les bijoux grand public et restent relativement inconnus. Les saphirs particolores ne peuvent pas être créés synthétiquement et ne se produisent que naturellement. ^[9] La grande majorité des saphirs particolores se produisent naturellement, mais il est possible de reproduire l’apparence d’un saphir particolore dans un saphir synthétique.

Les saphirs incolores ont toujours été utilisés comme substituts du diamant dans les bijoux. ^[7]

Saphirs roses

Saphir rose

Les saphirs roses se présentent dans des tons allant du rose clair au rose foncé et s’approfondissent en couleur à mesure que la quantité de chrome augmente. Plus la couleur rose est profonde, plus leur valeur monétaire est élevée. Aux États-Unis, une saturation de couleur minimale doit être respectée pour être appelé Rubis , sinon la pierre est appelée saphir rose . ^[dix]

Padparadscha

Padparadscha à facettes

Padparadscha est un corindon délicat, de couleur claire à moyenne, rose-orange à rose-orange , trouvé à l’origine au Sri Lanka , ^[11] mais également trouvé dans des gisements au Vietnam et dans certaines parties de l’Afrique de l’Est . Les saphirs Padparadscha sont rares; la plus rare de toutes est la variété totalement naturelle, sans aucun signe de traitement artificiel. ^[12]

Le nom est dérivé du sanskrit « padma ranga » (padma = lotus ; ranga = couleur), une couleur proche de la fleur de lotus ( Nelumbo nucifera ). ^[13]

Parmi les saphirs fantaisie (non bleus), le padparadscha naturel atteint les prix les plus élevés. Depuis 2001, davantage de saphirs de cette couleur sont apparus sur le marché à la suite de la diffusion artificielle du réseau de béryllium. ^[14]

Saphir étoilé

Saphir étoilé Saphir étoilé 68 carats taille ronde mogul – version bague homme – or jaune 750 – orfèvre russe – fait main vers 1990

Un saphir étoilé est un type de saphir qui présente un phénomène semblable à une étoile connu sous le nom d’ astérisme ; les pierres rouges sont appelées “Rubis étoilés”. Les saphirs étoilés contiennent des inclusions en forme d’aiguilles qui se croisent suivant la structure cristalline sous-jacente qui provoque l’apparition d’un motif en forme d'”étoile” à six rayons lorsqu’il est vu avec une seule source de lumière aérienne. L’inclusion est souvent le minéral rutile , un minéral composé principalement de dioxyde de titane . ^[15] Les pierres sont taillées En cabochon, généralement avec le centre de l’étoile près du sommet du dôme. Parfois, des étoiles à douze rayons sont trouvées, généralement parce que deux ensembles différents d’inclusions se trouvent dans la même pierre, comme une combinaison de fines aiguilles de rutile avec de petites plaquettes d’ hématite ; le premier donne une étoile blanchâtre et le second donne une étoile dorée. Lors de la cristallisation, les deux types d’inclusions s’orientent préférentiellement dans des directions différentes à l’intérieur du cristal, formant ainsi deux étoiles à six rayons qui se superposent pour former une étoile à douze rayons. ^[16] Des étoiles déformées ou des étoiles à 12 rayons peuvent également se former à la suite d’un jumelage . Les inclusions peuvent alternativement produire un œil de chateffet si le plan de ceinture du cabochon est orienté parallèlement à l’axe c du cristal plutôt que perpendiculairement à celui-ci. Pour obtenir un œil de chat, les plans d’inclusions ex-résolues doivent être extrêmement uniformes et serrés. Si le dôme est orienté entre ces deux directions, une étoile décentrée sera visible, décalée du point haut du dôme. ^{[4] : 101}

À 1404,49 carats, l’étoile d’Adam est le plus grand saphir étoilé bleu connu. La gemme a été extraite dans la ville de Ratnapura, au sud du Sri Lanka. ^[17] L’ étoile noire du Queensland , le deuxième plus grand saphir étoilé du monde, pèse 733 carats . ^[18] L’ étoile de l’Inde extraite au Sri Lanka et pesant 563,4 carats est considérée comme le troisième plus grand saphir étoilé et est actuellement exposée au Musée américain d’histoire naturelle de New York . L’ étoile de Bombay de 182 carats , extraite au Sri Lanka et située au Musée national d’histoire naturelle de Washington, DC, est un autre exemple de grand saphir étoilé bleu. La valeur d’un saphir étoilé dépend non seulement du poids de la pierre, mais aussi de la couleur du corps, de la visibilité et de l’intensité de l’astérisme. La couleur de la pierre a plus d’impact sur la valeur que la visibilité de l’étoile. Étant donné que les pierres plus transparentes ont tendance à avoir de meilleures couleurs, les pierres étoiles les plus chères sont des pierres semi-transparentes à “corps de verre” aux couleurs vives. ^{[4] : 348–350}

Le 28 juillet 2021, le plus grand amas de saphirs étoilés au monde, pesant 510 kg, a été découvert à Ratnapura, au Sri Lanka. Cet amas de saphirs étoilés a été nommé “Serendipity Sapphire”. ^{[19] [20]}

Saphir à changement de couleur

Une variété rare de saphir naturel, connue sous le nom de saphir à changement de couleur, présente différentes couleurs sous différentes lumières. Les saphirs à changement de couleur sont bleus à la lumière extérieure et violets à la lumière intérieure incandescente , ou verts à gris-vert à la lumière du jour et roses à violet rougeâtre à la lumière incandescente. Les saphirs à changement de couleur proviennent de divers endroits, dont Madagascar , le Myanmar , le Sri Lanka et la Tanzanie . Deux types existent. Le premier comporte le chromophore de chrome qui crée la couleur rouge du Rubis, combiné avec le fer + titanechromophore qui produit la couleur bleue du saphir. Un type plus rare, qui provient de la région de Mogok au Myanmar, comporte un chromophore de vanadium , le même que celui utilisé dans le saphir synthétique à changement de couleur de Verneuil.

Pratiquement toutes les pierres précieuses qui montrent « l’effet Alexandrite » (changement de couleur ; alias « métamérisme ») présentent des caractéristiques d’absorption/transmission similaires dans le spectre visible. Il s’agit d’une bande d’absorption dans le jaune (~590 nm), accompagnée de vallées de transmission dans le bleu-vert et le rouge. Ainsi, la couleur que l’on voit dépend de la composition spectrale de la source lumineuse. La lumière du jour est relativement équilibrée dans sa distribution de puissance spectrale (SPD) et comme l’œil humain est le plus sensible à la lumière verte, la balance penche du côté vert. Cependant, la lumière incandescente (y compris la lumière des bougies) est fortement inclinée vers l’extrémité rouge du spectre, faisant ainsi pencher la balance vers le rouge. ^[21]

Les saphirs à changement de couleur colorés par les chromophores Cr + Fe/Ti passent généralement du bleu ou du bleu violet au violet ou au violet. Ceux colorés par le chromophore V peuvent montrer un changement plus prononcé, passant du bleu-vert au violet.

Certains saphirs synthétiques à changement de couleur ont un changement de couleur similaire à l’ Alexandrite de pierre précieuse naturelle et ils sont parfois commercialisés sous le nom d ‘«alexandrium» ou «Alexandrite synthétique». Cependant, ce dernier terme est un abus de langage : les saphirs synthétiques à changement de couleur ne sont, techniquement, pas des alexandrites synthétiques mais plutôt des simulants d’Alexandrite . En effet, la véritable Alexandrite est une variété de chrysobéryl : pas de saphir, mais un tout autre minéral. ^[22]

Gros Rubis et saphirs

Les gros Rubis et saphirs de faible transparence sont fréquemment utilisés avec des évaluations suspectes qui surestiment largement leur valeur. Ce fut le cas du “Life and Pride of America Star Sapphire”. Vers 1985, Roy Whetstine a affirmé avoir acheté la pierre de 1905 ct pour 10 $ au salon des pierres précieuses de Tucson, mais un journaliste a découvert que LA Ward de Fallbrook, en Californie, qui l’avait évaluée au prix de 1 200 $/ct, avait évalué une autre pierre de exactement le même poids plusieurs années avant que Whetstine ne prétende l’avoir trouvé. ^[23]

Lotus Gemology , basée à Bangkok, tient à jour une liste des records mondiaux d’enchères de Rubis, de saphirs et de spinelles . En novembre 2019, aucun saphir n’avait jamais été vendu aux enchères pour plus de 17 295 796 $. ^[24]

Cause de la couleur

Structure cristalline du saphir Bague saphir fabriquée vers 1940

Les Rubis sont du corindon avec une couleur de corps rouge dominante. Ceci est généralement causé par des traces de chrome (Cr ³⁺ ) se substituant à l’ion (Al ³⁺ ) dans la structure du corindon. La couleur peut être modifiée par les centres de couleur du fer et des trous piégés. ^[25]

Contrairement à l’absorption localisée (“intra-atomique”) de la lumière qui provoque la couleur des impuretés de chrome et de vanadium, la couleur bleue des saphirs provient du transfert de charge d’intervalle, qui est le transfert d’un électron d’un ion de métal de transition à un autre via la conduction ou Bande de Valence . Le fer peut prendre la forme Fe ²⁺ ou Fe ³⁺ , tandis que le titane prend généralement la forme Ti ⁴⁺ . Si les ions Fe ²⁺ et Ti ⁴⁺ sont remplacés par Al ³⁺ , des zones localisées de déséquilibre de charge sont créées. Un transfert d’électrons de Fe ²⁺ et Ti ⁴⁺ peut provoquer une modification de la valenceétat des deux. En raison du changement de valence, il y a un changement spécifique d’énergie pour l’électron et l’Énergie électromagnétique est absorbée. La longueur d’ onde de l’énergie absorbée correspond à la lumière jaune. Lorsque cette lumière est soustraite de la lumière blanche incidente, la couleur complémentaire bleue en résulte. Parfois, lorsque l’espacement atomique est différent dans différentes directions, il en résulte un dichroïsme bleu-vert .

Les saphirs violets contiennent des traces de chrome et de fer ainsi que du titane et sont disponibles dans une variété de nuances. Le corindon qui contient des niveaux extrêmement faibles de chromophores est presque incolore. Le corindon complètement incolore n’existe généralement pas dans la nature. Si des traces de fer sont présentes, une couleur jaune très pâle à verte peut être observée. Cependant, si des impuretés de titane et de fer sont présentes ensemble et dans les états de valence corrects , le résultat est une couleur bleue. ^[26]

Le transfert de charge par intervalle est un processus qui produit un aspect fortement coloré à un faible pourcentage d’impuretés. Alors qu’au moins 1% de chrome doit être présent dans le corindon avant que la couleur rouge Rubis foncé ne soit visible, le bleu saphir est apparent avec la présence de seulement 0,01% de titane et de fer.

La description la plus complète des causes de la couleur du corindon existant se trouve dans le chapitre 4 de Ruby & Sapphire: A Gemologist’s Guide (chapitre rédigé par John Emmett, Emily Dubinsky et Richard Hughes). ^{[4] : 107–164}

Traitements

Les saphirs peuvent être traités par plusieurs méthodes pour améliorer et améliorer leur clarté et leur couleur. ^{[4] : 197–247} Il est courant de chauffer des saphirs naturels pour améliorer ou rehausser leur apparence. Cela se fait en chauffant les saphirs dans des fours à des températures comprises entre 800 et 1 800 ° C (1 470 et 3 270 ° F) pendant plusieurs heures, voire des semaines à la fois. Différentes atmosphères peuvent être utilisées. Lors du chauffage, la pierre devient plus bleue, mais perd une partie des inclusions de rutile (soie). Lorsque des températures élevées (1400 ° C +) sont utilisées, la soie de rutile exsolved est dissoute et devient claire sous grossissement. Le titane du rutile entre en solution solide et crée ainsi avec le fer la couleur bleue ^[27] Les inclusions dans les pierres naturelles sont facilement visibles à la loupe d’un bijoutier. Les preuves de saphir et d’autres pierres précieuses soumises à un chauffage remontent au moins à l’époque romaine. ^[28] Les pierres naturelles non chauffées sont assez rares et seront souvent vendues accompagnées d’un certificat d’un laboratoire de gemmologie indépendant attestant “aucune preuve de traitement thermique”.

Yogo saphir

Les saphirs Yogo n’ont pas besoin de traitement thermique car leur couleur bleu bleuet est attrayante hors du sol ; ils sont généralement exempts d’ inclusions et ont une clarté uniforme élevée. ^[29] Lorsque Intergem Limited a commencé à commercialiser le Yogo dans les années 1980 en tant que seul saphir non traité garanti au monde, le traitement thermique n’était pas couramment divulgué; à la fin des années 1980, le traitement thermique est devenu un enjeu majeur. ^[30] À cette époque, une grande partie de tous les saphirs du monde étaient chauffés pour rehausser leur couleur naturelle. ^[31] La commercialisation par Intergem de Yogos garantis non traités les a opposés à de nombreux acteurs de l’industrie des pierres précieuses. Ce problème est apparu en première page du Wall Street Journalle 29 août 1984 dans un article de Bill Richards, Carats and Schticks: Sapphire Marketer Upsets The Gem Industry . ^[31] Cependant, le plus gros problème auquel la mine de Yogo était confrontée n’était pas la concurrence des saphirs chauffés, mais le fait que les pierres de Yogo ne pourraient jamais produire des quantités de saphir supérieures à un carat après le facettage. En conséquence, il est resté un produit de niche, avec un marché qui existe en grande partie aux États-Unis. ^{[4] : 676–695}

Les traitements de diffusion en treillis (“en vrac”) sont utilisés pour ajouter des impuretés au saphir afin d’améliorer la couleur. Ce processus a été initialement développé et breveté par la division Linde Air d’Union Carbide et impliquait la diffusion de titane dans du saphir synthétique pour uniformiser la couleur bleue. ^[32] Il a ensuite été appliqué au saphir naturel. Aujourd’hui, la diffusion en titane utilise souvent une base en saphir synthétique incolore. La couche de couleur créée par la diffusion du titane est extrêmement fine (moins de 0,5 mm). Ainsi, le repolissage peut produire et produit une perte de couleur légère à importante. La diffusion du chrome a été tentée, mais a été abandonnée en raison des faibles taux de diffusion du chrome dans le corindon.

En l’an 2000, les saphirs de couleur “padparadscha” diffusés au béryllium sont entrés sur le marché. Typiquement , le béryllium est diffusé dans un saphir sous une chaleur très élevée, juste en dessous du point de fusion du saphir. Initialement ( vers 2000), des saphirs orange ont été créés, bien que maintenant le processus ait été avancé et que de nombreuses couleurs de saphir soient souvent traitées avec du béryllium. En raison de la petite taille de l’ion béryllium, la pénétration de la couleur est beaucoup plus importante qu’avec la diffusion du titane. Dans certains cas, il peut pénétrer toute la pierre. Les saphirs orange diffusant au béryllium peuvent être difficiles à détecter, nécessitant une analyse chimique avancée par des laboratoires de gemmologie ( p. ex. , Gübelin, SSEF , GIA , American Gemological Laboratories (AGL),Gemmologie Lotus . ^[5]

Selon les directives de la Federal Trade Commission des États-Unis , la divulgation est requise pour tout mode d’amélioration qui a un effet significatif sur la valeur de la gemme. ^[33]

Il existe plusieurs façons de traiter le saphir. Le traitement thermique dans une atmosphère réductrice ou oxydante (mais sans l’utilisation d’autres impuretés ajoutées) est couramment utilisé pour améliorer la couleur des saphirs, et ce processus est parfois appelé “chauffage uniquement” dans le commerce des pierres précieuses. En revanche, cependant, un traitement thermique combiné à l’ajout délibéré de certaines impuretés spécifiques (par exemple, le béryllium, le titane, le fer, le chrome ou le nickel, qui sont absorbés dans la structure cristalline du saphir) est également couramment effectué, et ce processus peut être connu comme “diffusion” dans le commerce des pierres précieuses. Cependant, malgré ce que les termes “chauffage seul” et “diffusion” pourraient suggérer, ces deux catégories de traitement impliquent en réalité des processus de diffusion. ^[34]

La description la plus complète des traitements au corindon existants se trouve au chapitre 6 de Ruby & Sapphire: A Gemologist’s Guide (chapitre rédigé par John Emmett, Richard Hughes et Troy R. Douthit). ^{[4] : 197–247}

Exploitation minière

Saphir de Madagascar

Les saphirs sont extraits de gisements alluviaux ou de travaux souterrains primaires. Les sites miniers commerciaux pour le saphir et le Rubis incluent (mais ne sont pas limités à) les pays suivants : Afghanistan , Australie , Myanmar / Birmanie , Cambodge , Chine , Colombie , Inde , Kenya , Laos , Madagascar , Malawi , Népal , Nigeria , Pakistan , Sri Lanka , Tadjikistan ,Tanzanie , Thaïlande , États-Unis et Vietnam . Les saphirs provenant de différents emplacements géographiques peuvent avoir des apparences ou des concentrations d’impuretés chimiques différentes, et ont tendance à contenir différents types d’inclusions microscopiques. Pour cette raison, les saphirs peuvent être divisés en trois grandes catégories : métamorphiques classiques, métamorphiques non classiques ou magmatiques et magmatiques classiques. ^[35]

Les saphirs de certains endroits, ou de certaines catégories, peuvent être plus attrayants commercialement que d’autres, ^[36] en particulier les saphirs métamorphiques classiques du Cachemire , de Birmanie ou du Sri Lanka qui n’ont pas été soumis à un traitement thermique. ^{[37] [38]}

Le saphir Logan , l’ Etoile d’Inde , l’Etoile d’Adam et l’ Etoile de Bombay proviennent des mines du Sri Lanka. Madagascar est le leader mondial de la production de saphir (à partir de 2007), en particulier ses gisements dans et autour de la ville d’ Ilakaka . ^[39] Avant l’ouverture des mines d’Ilakaka, l’Australie était le plus grand producteur de saphirs (comme en 1987). ^[40] En 1991, une nouvelle source de saphirs a été découverte à Andranondambo, au sud de Madagascar. Cette zone a été exploitée pour ses saphirs commencée en 1993, mais elle a été pratiquement abandonnée quelques années plus tard à cause des difficultés à récupérer les saphirs dans leur substrat rocheux. ^[41]

En Amérique du Nord , les saphirs ont été extraits principalement de gisements du Montana : fantaisies le long de la rivière Missouri près d’ Helena, Montana , Dry Cottonwood Creek près de Deer Lodge, Montana , et Rock Creek près de Philipsburg, Montana . De beaux saphirs bleus Yogo se trouvent à Yogo Gulch à l’ouest de Lewistown, Montana . ^[30] Quelques saphirs et Rubis de qualité gemme ont également été trouvés dans la région de Franklin, en Caroline du Nord . ^[42]

Les gisements de saphir du Cachemire sont bien connus dans l’industrie des pierres précieuses, bien que leur pic de production ait eu lieu dans une période relativement courte à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. ^{[4] : 463–482} Ils ont une teinte bleu vif supérieure, couplée à une qualité mystérieuse et presque somnolente, décrite par certains amateurs de pierres précieuses comme du « velours bleu ». L’origine du Cachemire contribue de manière significative à la valeur d’un saphir, et la plupart des corindons d’origine du Cachemire peuvent être facilement identifiés par son aspect soyeux caractéristique et sa teinte exceptionnelle. ^{[43] [44]} Le bleu unique apparaît brillant sous n’importe quel type de lumière, contrairement aux saphirs non cachemiriens qui peuvent apparaître violacés ou grisâtres en comparaison. ^[45]Sotheby’s a été à l’avant-garde des ventes record de saphirs du Cachemire dans le monde entier. En octobre 2014, Sotheby’s Hong Kong a atteint des records consécutifs de prix par carat pour les saphirs du Cachemire – d’abord avec la bague en saphir Cartier de 12,00 carats à 193 975 USD par carat, puis avec un saphir de 17,16 carats à 236 404 USD, et de nouveau en juin 2015 lorsque le par -le record d’enchères de carats a été établi à 240 205 $ US. ^[46] À l’heure actuelle, le record mondial du prix par carat du saphir aux enchères est détenu par un saphir du Cachemire dans une bague, qui s’est vendu en octobre 2015 pour environ 242 000 $ US le carat (52 280 000 $ HK au total, prix de l’acheteur compris). prime, soit plus de 6,74 millions de dollars US). ^[46]

Saphir synthétique

Saphir synthétique

En 1902, le chimiste français Auguste Verneuil a annoncé un procédé de production de cristaux de Rubis synthétiques. ^[47] Dans la fusion à la flamme ( procédé Verneuil ), une fine poudre d’ alumine est ajoutée à une flamme oxhydrique , et celle-ci est dirigée vers le bas contre un socle en céramique. ^[48] ​​Suite à la synthèse réussie du Rubis, Verneuil a concentré ses efforts sur le saphir. La synthèse du saphir bleu a eu lieu en 1909, après que des analyses chimiques du saphir ont suggéré à Verneuil que le fer et le titane étaient à l’origine de la couleur bleue. Verneuil a breveté le procédé de production de saphir bleu synthétique en 1911. ^{[49] [4] : 254–255}

La clé du processus est que la poudre d’alumine ne fond pas lorsqu’elle tombe à travers la flamme. Au lieu de cela, il forme un cône de frittage sur le socle. Lorsque la pointe de ce cône atteint la partie la plus chaude de la flamme, la pointe fond. Ainsi, la croissance cristalline est démarrée à partir d’un point minuscule, assurant une contrainte minimale.

Ensuite, plus d’oxygène est ajouté à la flamme, ce qui la fait brûler légèrement plus chaud. Cela élargit latéralement le cristal en croissance. En même temps, le piédestal est abaissé au même rythme que le cristal se développe verticalement. L’alumine dans la flamme se dépose lentement, créant une ” boule ” en forme de larme en saphir. Cette étape est poursuivie jusqu’à ce que la taille souhaitée soit atteinte, la flamme est éteinte et le cristal refroidit. Le cristal maintenant allongé contient beaucoup de contraintes en raison du gradient thermique élevé entre la flamme et l’air ambiant. Pour libérer cette tension, le cristal maintenant en forme de doigt sera tapoté avec un ciseau pour le diviser en deux moitiés. ^{[4] : 249–309}

En raison de la croissance en couches verticales du cristal et de la surface de croissance supérieure incurvée (qui part d’une goutte), les cristaux afficheront des lignes de croissance incurvées suivant la surface supérieure de la boule. Cela contraste avec les cristaux de corindon naturel, qui présentent des lignes de croissance angulaires s’étendant à partir d’un seul point et suivant les faces cristallines planes. ^[50]

Dopants

Des dopants chimiques peuvent être ajoutés pour créer des versions artificielles du Rubis et de toutes les autres couleurs naturelles du saphir, ainsi que d’autres couleurs jamais vues dans des échantillons géologiques . Le saphir artificiel est identique au saphir naturel, sauf qu’il peut être fabriqué sans les défauts que l’on trouve dans les pierres naturelles. L’inconvénient du procédé Verneuil est que les cristaux développés ont des contraintes internes élevées. De nombreuses méthodes de fabrication du saphir sont aujourd’hui des variantes du procédé Czochralski , qui a été inventé en 1916 par le chimiste polonais Jan Czochralski . ^[51] Dans ce processus, un minuscule cristal de germe de saphir est plongé dans un creuset en métal précieux iridium oumolybdène , ^[52] contenant de l’alumine fondue, puis retiré lentement vers le haut à un débit de 1 à 100 mm par heure. L’alumine cristallise sur l’extrémité, créant de longues boules en forme de carotte de grande taille jusqu’à 200 kg de masse. ^[53]

Autres méthodes de croissance

Le saphir synthétique est également produit industriellement à partir d’oxyde d’aluminium aggloméré, fritté et fondu (par exemple par pressage isostatique à chaud ) dans une atmosphère inerte, donnant un produit polycristallin transparent mais légèrement poreux . ^[54]

En 2003, la production mondiale de saphir synthétique était de 250 tonnes (1,25 × 10 ⁹ carats), principalement par les États-Unis et la Russie. ^{[55] [56]} La disponibilité du saphir synthétique bon marché a débloqué de nombreuses utilisations industrielles pour ce matériau unique.

Applications

les fenêtres Lampe à arc au xénon Cermax avec fenêtre de sortie en saphir synthétique Montre -bracelet avec verre saphir synthétique

Le saphir synthétique, parfois appelé verre saphir, est couramment utilisé comme matériau de fenêtre, car il est à la fois hautement transparent aux longueurs d’onde de la lumière comprises entre 150 nm ( UV ) et 5 500 nm ( IR ) (le spectre visible s’étend d’environ 380 nm à 750 nm ^[57] ), et extraordinairement résistant aux rayures. ^{[58] [59]}

Les principaux avantages des fenêtres en saphir sont :

• Très large bande de transmission optique de l’UV au proche infrarouge (0,15–5,5 μm)
• Significativement plus résistant que les autres matériaux optiques ou les fenêtres en verre standard
• Très résistant aux rayures et à l’abrasion (9 sur l’ échelle de Mohs de dureté minérale , la 3ème substance naturelle la plus dure après la moissanite et les diamants) ^[43]
• Température de fusion extrêmement élevée (2030 °C)

Boule de saphir monocristallin cultivée selon la méthode Kyropoulos . Environ 200 millimètres (8 po) de diamètre, pesant environ 30 kg (66 lb). (Une deuxième boule est visible en arrière-plan.)

Certaines fenêtres en verre saphir sont fabriquées à partir de boules de saphir pur qui ont été développées dans une orientation cristalline spécifique, généralement le long de l’axe optique, l’axe c, pour une biréfringence minimale pour l’application. ^{[60] [61]}

Les boules sont tranchées dans l’épaisseur de fenêtre souhaitée et enfin polies à la finition de surface souhaitée. Les fenêtres optiques en saphir peuvent être polies dans une large gamme de finitions de surface en raison de sa structure cristalline et de sa dureté. Les finitions de surface des fenêtres optiques sont normalement indiquées par les spécifications de grattage conformément à la spécification MIL-O-13830 adoptée à l’échelle mondiale. ^{[ clarification nécessaire ]}

Les fenêtres en saphir sont utilisées à la fois dans les chambres à haute pression et à vide pour la spectroscopie , les cristaux dans diverses montres et les fenêtres dans les lecteurs de codes- barres des épiceries, car la dureté et la ténacité exceptionnelles du matériau le rendent très résistant aux rayures. ^[55]

En 2014 , Apple a consommé “un quart de l’approvisionnement mondial en saphir pour couvrir l’ objectif de l’ appareil photo et le lecteur d’empreintes digitales de l’ iPhone “. ^[62]

Plusieurs tentatives ont été faites pour rendre viables les écrans en saphir pour smartphones. Apple a engagé GT Advanced Technologies, Inc. pour fabriquer des écrans en saphir pour les iPhones, l’entreprise a échoué entraînant la faillite de GTAT. ^[63] Le Kyocera Brigadier a été le premier smartphone de production à disposer d’un écran saphir. ^[64]

Il est utilisé pour les fenêtres d’extrémité sur certains tubes laser à haute puissance car sa transparence à large bande et sa conductivité thermique lui permettent de gérer des densités de puissance très élevées dans le spectre infrarouge ou UV sans se dégrader en raison de l’échauffement.

Avec la zircone et l’oxynitrure d’aluminium , le saphir synthétique est utilisé pour les vitres résistantes aux éclats des véhicules blindés et diverses combinaisons pare-balles militaires , en association avec des composites.

Un type de lampe à arc au xénon – appelée à l’origine “Cermax” et maintenant connue de manière générique sous le nom de “lampe au xénon à corps en céramique” – utilise des fenêtres de sortie en cristal de saphir. Ce produit tolère des charges thermiques plus élevées et donc des puissances de sortie plus élevées par rapport aux lampes Xe conventionnelles avec fenêtre en silice pure. ^{[65] [66]}

Comme substrat pour les circuits semi-conducteurs

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Les fines tranches de saphir ont été la première utilisation réussie d’un substrat isolant sur lequel déposer du silicium pour fabriquer les circuits intégrés connus sous le nom de silicium sur saphir ou «SOS»; désormais, d’autres substrats peuvent également être utilisés pour la classe de circuits connue plus généralement sous le nom de silicium sur isolant . Outre ses excellentes propriétés d’isolation électrique, le saphir possède une conductivité thermique élevée . Les puces CMOS sur saphir sont particulièrement utiles pour les applications de radiofréquence (RF) à haute puissance telles que celles trouvées dans les téléphones cellulaires , les radios à bande de sécurité publique et la communication par satellitesystèmes. “SOS” permet également l’intégration monolithique des circuits numériques et analogiques sur une seule puce IC, et la construction de circuits à très faible puissance.

Dans un processus, après la croissance des boules de saphir monocristallin, elles sont percées dans des tiges cylindriques, et les tranches sont ensuite tranchées à partir de ces noyaux. ^{[ citation nécessaire ]}

Les tranches de saphir monocristallin sont également utilisées dans l’ industrie des semi -conducteurs comme substrats pour la croissance de dispositifs à base de nitrure de gallium (GaN). L’utilisation du saphir réduit considérablement le coût, car il a environ un septième du coût du germanium . Le nitrure de gallium sur saphir est couramment utilisé dans les diodes électroluminescentes bleues (LED). ^[67]

Dans les lasers Laser Ti-Sapphire en opération au CAS , Prague

Le premier laser a été fabriqué en 1960 par Theodore Maiman avec une tige de Rubis synthétique . Les lasers titane-saphir sont populaires en raison de leur capacité relativement rare à être accordés à diverses longueurs d’onde dans la région rouge et proche infrarouge du spectre électromagnétique . Ils peuvent également être facilement verrouillés en mode . Dans ces lasers, un cristal de saphir produit synthétiquement avec des impuretés de chrome ou de titane est irradié avec une lumière intense provenant d’une lampe spéciale, ou d’un autre laser, pour créer une émission stimulée .

En endoprothèses

Le saphir monocristallin est assez biocompatible et l’usure exceptionnellement faible des paires saphir-métal a conduit à l’introduction (en Ukraine) de monocristaux de saphir pour les endoprothèses de la hanche . ^[68]

Références historiques et culturelles

• Étymologiquement, le mot anglais « saphir » dérive du français saphir , du latin saphir, saphir du grec σαπφειρος ( sappheiros ) de l’hébreu סַפִּיר ( sappir ). Certains linguistes proposent que les termes sémitiques (par exemple en hébreu) ​​dérivent du sanskrit Sanipriya (शनिप्रिय), de “sani” (शनि) signifiant ” Saturne ” et “priyah” (प्रिय), cher, c’est-à-dire littéralement “sacré à Saturne”. ^[69]
• Une croyance hindoue traditionnelle soutient que le saphir rend la planète Saturne ( Shani ) favorable au porteur. ^[70]
• Le terme grec pour saphir a très probablement été utilisé pour désigner le lapis-lazuli . ^[69]
• Au Moyen Âge , les lapidaires européens en vinrent à désigner le cristal de corindon bleu par “saphir”, un dérivé du mot latin pour bleu : “saphir”. ^[71]
• Le saphir est le cadeau traditionnel pour un 45e anniversaire de mariage . ^[72]
• Un jubilé de saphir se produit après 65 ans. La reine Elizabeth II a célébré son jubilé de saphir en 2017. ^[3]
• Le saphir est la pierre porte-bonheur de septembre.
• Une superstition italienne veut que les saphirs soient des amulettes contre les problèmes oculaires, et la mélancolie . ^[73]
• Le pape Innocent III a décrété que les anneaux des évêques devaient être en or pur, sertis d’un saphir non gravé, comme possédant les vertus et les qualités essentielles à sa digne position de sceau des secrets, car il y a beaucoup de choses « qu’un prêtre cache au sens du vulgaire et moins intelligent; qu’il garde enfermé pour ainsi dire sous scellés. ^[74]
• Le saphir est le joyau officiel de l’État du Queensland depuis août 1985. ^[75]

Saphirs notables

Saphir	Origine	Taille	Couper	Couleur	Emplacement
Saphir de Bismarck [76]	Birmanie	98,56 carats	Table	Bleu	Musée national d’histoire naturelle , Washington
Étoile noire du Queensland [18]	Australie, 1938	733 carats	Étoile	Le noir	Propriétaire anonyme
Belle bleue d’Asie [77]	Sri Lanka	392,52 carats	Coussin	Bleu	Propriétaire anonyme
Logan saphir [78]	Sri Lanka	422,99 carats	Coussin	Bleu	Musée national d’histoire naturelle , Washington
Reine Marie de Roumanie [79]	Sri Lanka	478,68 carats	Coussin	Bleu	Propriétaire anonyme
Étoile d’Adam [17]	Sri Lanka, 2015	1404,49 carats	Étoile	Bleu	Propriétaire anonyme
L’étoile de Bombay	Sri Lanka	182 carats	Étoile	Bleu-violet	Musée national d’histoire naturelle , Washington
Étoile de l’Inde	Sri Lanka	563,4 carats	Étoile	Bleu-gris	Musée américain d’histoire naturelle , New York
Stuart Saphir	Sri Lanka	104 carats	Bleu	Tour de Londres

Des tableaux détaillés répertoriant plus d’une centaine de Rubis et de saphirs importants et célèbres se trouvent dans le chapitre 10 de Ruby & Sapphire: A Gemologist’s Guide . ^{[4] : 380–395}

Voir également

• Portail des minéraux

• Geuda
• émeraude
• Rubis

Références

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Liens externes

Wikimedia Commons a des médias liés à Sapphire .

• Webmineral.com , Webmineral Corundum Page, Webmineral avec de nombreuses informations cristallographiques et minéralogiques sur le corindon
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