Un saphir provenant des sédiments de la Kyll, une rivière de l'Eifel occidental. Le cristal mesure environ 0,9 mm de diamètre. Crédit : Sebastian Schmidt
Des chercheurs de l'Université de Heidelberg étudient comment ce cristal de couleur bleue caractéristique se forme dans les fontes volcaniques.
Les saphirs, pierres précieuses très prisées, sont essentiellement constitués d'oxyde d'aluminium, ou corindon, avec des impuretés chimiques. Ces cristaux généralement bleus se trouvent principalement dans les roches volcaniques pauvres en silicium du monde entier. On pense généralement que les saphirs se forment dans les roches crustales profondes et sont transportés à la surface de la Terre par l'ascension du magma. Des géoscientifiques de l'Université de Heidelberg, grâce à des analyses géochimiques, ont démontré que les grains de saphir de la taille d'un millimètre découverts dans la région de l'Eifel en Allemagne se sont formés en conjonction avec l'activité volcanique.
L'Eifel est une région volcanique située au centre de l'Europe, où le magma provenant du manteau terrestre pénètre la croûte terrestre depuis près de 700 000 ans. Les coulées sont pauvres en dioxyde de silicium mais riches en sodium et en potassium. Les magmas de composition similaire dans le monde entier sont connus pour leur abondance de saphir.
Le mystère de la formation du saphir
La raison pour laquelle cette variante extrêmement rare de corindon est fréquemment trouvée dans ce type de gisement volcanique restait jusqu'à présent un mystère.
« Une explication possible est que le saphir de la croûte terrestre provient de sédiments auparavant argileux à des températures et des pressions très élevées et que les magmas ascendants forment simplement l'ascenseur vers la surface pour les cristaux », explique le professeur Axel Schmitt, chercheur à l'université Curtin de Perth (Australie), qui étudie la géologie isotopique et la pétrologie en tant que professeur honoraire à l'Institut des sciences de la Terre de l'université de Heidelberg, son ancienne institution d'origine.
Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont examiné 223 saphirs de l’Eifel. Une partie de ces cristaux de la taille d’un millimètre ont été trouvés dans des échantillons de roches provenant de gisements volcaniques des nombreuses carrières de la région. La plupart des saphirs proviennent cependant de sédiments fluviaux. « Comme l’or, le saphir est très résistant aux intempéries par rapport à d’autres minéraux. Au fil du temps, les grains sont éliminés de la roche et déposés dans les rivières. En raison de leur forte densité, ils sont faciles à séparer des composants plus légers des sédiments à l’aide d’une batée », explique Sebastian Schmidt, qui a mené ces études dans le cadre de son master à l’université de Heidelberg.
Âge et origine des saphirs
Les chercheurs ont déterminé l'âge des saphirs de l'Eifel à l'aide de la méthode uranium-plomb sur les inclusions minérales du saphir à l'aide d'un spectromètre de masse à ions secondaires qui permettait également d'identifier la composition des isotopes d'oxygène. Les différentes abondances relatives de l'isotope léger O-16 et de l'isotope lourd O-18 fournissent des informations sur l'origine des cristaux comme une empreinte digitale. Les roches de la croûte profonde contiennent plus d'O-18 que les roches fondues du manteau terrestre.
Les déterminations d’âge montrent que les saphirs de l’Eifel se sont formés en même temps que le volcanisme. Ils ont hérité en partie de la signature isotopique des fontes du manteau, contaminées par des roches crustales chauffées et partiellement fondues à une profondeur d’environ cinq à sept kilomètres. D’autres saphirs sont nés au contact des fontes souterraines, qui ont imprégné les roches adjacentes et ont ainsi déclenché la formation de saphirs. « Dans l’Eifel, des processus magmatiques et métamorphiques, au cours desquels la température a modifié la roche d’origine, ont joué un rôle dans la cristallisation du saphir », explique Sebastian Schmidt.
Le travail a été soutenu par l'Association Dr. Eduard Gübelin pour la recherche et l'identification des pierres précieuses en Suisse ainsi que par la Fondation allemande pour la recherche.
