Inclusions dans les diamants

Inclusion de grenat dans un diamant hôte.

Les inclusions dans les diamants, parfois appelées inclusions des diamants, sont des fragments de matériaux emprisonnés à l'intérieur de cristaux de diamants pendant leur processus de formation dans le manteau terrestre. Il peut s'agir de minéraux ou de fluides tels que l'eau ou divers gaz. De par leur forte résistance mécanique et leur faible réactivité chimique avec leurs inclusions, les magmas qui les transportent vers la surface de la Terre et leurs roches volcaniques hôtes, les diamants agissent comme des enveloppes protectrices des matériaux inclus. Ces derniers sont ainsi préservés des changements des conditions de pression, de température et de chimie à travers l'ensemble de la lithosphère.

Les diamants ne subissant généralement pas d'altérations à la surface de la Terre, ils permettent une préservation exceptionnelle des inclusions. Alors que les diamants eux-mêmes peuvent donner une indication de la pression à laquelle ils ont été formés, les inclusions fournissent des informations plus riches. En effet, de nombreuses inclusions permettent de mieux contraindre les conditions de pression ou de température de formation des diamants, voire d'obtenir leur âge de formation. Cela apporte de précieuses données sur les conditions physico-chimiques du manteau terrestre au moment de la cristallisation du diamant.

Typologie[modifier | modifier le code]

Types et matériaux inclus
Type Principaux matériaux inclus
Inclusions minérales Silicates (notamment grenat, pérovskite, oxydes, sulfures)
Inclusions fluides Fluide (contenant des carbonates, des silicates, des sulfures, des halogénures, des groupes hydroxyles, etc.), eau, saumures
Inclusions multiphasées Inclusions fluides coexistant avec des inclusions minérales dans la même cavité d'un diamant

Inclusions minérales[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Inclusion (minéralogie).
Teneur en chrome et en calcium de diverses inclusions. Les inclusions d'éclogite (c'est-à-dire contenant du grenat) dans le diamant contiennent moins de Cr2O3 tandis que les inclusions de grenat de péridotite (lherzolite et harzburgite) contiennent moins de CaO. L'éclogite et la péridotite sont les deux principales roches parentales du manteau, tandis que la wehrlite et la webstérite en sont des types mineurs[1],[2],[3].

Les inclusions minérales, surtout les inclusions de silicates présentes dans les diamants lithosphériques, peuvent être catégorisées en deux types prédominants en fonction des roches parentales du manteau d'origine du diamant hôte : l'éclogite (type E) et la péridotite (type P). Ces deux types de roches sont les principales sources de formation diamantifère qui conduisent principalement à des inclusions de silicates dans les diamants[1],[4]. Les inclusions de type P et de type E peuvent être différenciées en fonction de la teneur spécifique en matériaux présents dans le minéral inclus. Par exemple, dans les inclusions de grenat, le rapport entre la teneur en oxyde de chrome(III) (Cr2O3) et en oxyde de calcium (CaO) peut servir de critère de classification[5]. L'inclusion de grenat de type E présente une teneur moindre en Cr2O3, tandis que le type P montre une réduction de la teneur en CaO. Des éléments traces tels que les terres rares (REE) peuvent également être utilisés pour caractériser les inclusions de grenats de type P et de type E[6]. Les inclusions d'azote peuvent pareillement être classées en inclusions de type P et de type E en analysant leurs isotopes stables[7]. Pour les inclusions de sulfures, les teneurs en osmium mesurées au cours des analyses pour la datation rhénium-osmium peuvent différencier les inclusions de type P et de type E[8].

Dans la lithosphère cratonique du craton du Kaapvaal au Zimbabwe, la vitesse sismique à 150 km de profondeur correspond à celles des inclusions retrouvées dans les diamants, qu'elles soient péridotitiques ou éclogitiques. Cela suggère que les vitesses des ondes P se propageant au sein de la lithosphère pourraient être utilisées pour cartographier la répartition des différentes régions sources de diamants[9].

Image tomographique du manteau lithosphérique obtenue à partir des données des ondes P. Les carrés rouges représentent les inclusions éclogitiques et les carrés verts représentent les inclusions péridotitiques[10],[9].

Les inclusions minérales sous-lithosphériques, telles que les pérovskites majoritaires et silicatées (comme la bridgmanite et la davemaoïte), peuvent également être classées soit en inclusions de type ultramafique (péridotitique) et soit de type basaltique (éclogitique)[11]. Toutefois, ces classifications supplémentaires sont plus difficiles à réaliser que celle des inclusions lithosphériques en raison de la rareté des échantillons, de la petite taille des grains et des difficultés à discerner des assemblages minéraux originaux dans les conditions profondes du manteau inférieur[1].

Exemples montrant l'imposition de la morphologie du diamant hôte sur le minéral inclus dans les inclusions syngénétiques. a) Inclusion d'olivine dans le diamant avec leurs faces imposées par des formes octaédriques (o) et cubiques (c) courantes dans le diamant.b) Diamant avec plusieurs inclusions d'olivine avec des faces parallèles à la face octaédrique du diamant[1],[12],[13].

Le moment de la cristallisation des minéraux en inclusion par rapport à celui de leur diamant-hôte peut être utilisé pour les classer en trois types : les inclusions protogénétiques, syngénétiques et épigénétiques[14]. Les minéraux des inclusions protogénétiques ont cristallisé plus tôt que la formation du diamant, étant encapsulés lors de sa cristallisation. Ainsi, les inclusions protogénétiques fournissent des informations sur les conditions qui existaient avant la formation du diamant, expliquant les différences isotopiques des inclusions dans une même génération de diamants[15]. Pour les inclusions minérales syngénétiques, la cristallisation du minéral piégé et du diamant se produit simultanément[1]. Dans ce cas, l'enregistrement des conditions de l'environnement géologique par les minéraux inclus correspond à celui du diamant hôte, souligné par la morphologie imposée du diamant sur le minéral piégé[16]. Les inclusions épigénétiques se forment à partir de minéraux cristallisés après la formation du diamant. Ils peuvent cristalliser le long des fractures du diamant ou modifier les inclusions protogénétiques/syngénétiques préexistantes en un nouveau matériau[1].

Les inclusions minérales peuvent préserver les matériaux formés dans les environnements extrêmes du manteau terrestre jusqu'aux conditions de surface[1], révélant ainsi la forme naturelle de minéraux qui étaient précédemment uniquement synthétisés en laboratoire[17]. Un exemple notable est la pérovskite naturelle de silicate de calcium (CaSiO3), récemment nommée davemaoïte, à la suite de sa découverte dans une inclusion minérale dans un diamant en 2021[18]. Cette découverte a été surprenante en raison des conditions extrêmes nécessaires à la synthèse du minéral, rendant improbable sa conservation à la surface de la Terre[17].

Classification des inclusions minérales
Critère Type Commentaire
Localisation
Roche parentale du diamant Critères de distinction des types P et E :
Âge de cristallisation du minéral inclus, comparé à celui du diamant hôte
  • Protogénétique
  • Syngénétique
  • Epigénétique

Inclusions fluides[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Inclusion fluide.

Les inclusions fluides dans les diamants contiennent divers matériaux tels que des silicates, des carbonates, des groupes hydroxyles, de l'eau et de la saumure[19]. Ces inclusions fluides sont présentes dans les diamants enrobés, qui sont des diamants monocristallins recouverts de diamants polycristallins avec des inclusions fluides, ainsi que dans les diamants fibreux, qui sont enrobés par des tiges ou des lames de diamants avec des structures fibreuses[1]. Les microinclusions fluides comprennent principalement des carbonates, des silicates ou des halogénures, formant des assemblages silicate-carbonate ou halogénure-carbonate[20]. De plus, des fluides salins dérivés de la subduction, avec une concentration élevée en K et en Cl, peuvent être présents dans les microinclusions des diamants troubles, qui sont des diamants fibreux à cœur riche en fluides se transformant en diamants à bordure pauvre en fluides[21].

Les inclusions de fluides salins et siliceux ne coexistent pas, ce qui suggère une immiscibilité entre les deux fluides lors de la formation du diamant[22],[23]. La présence de matières volatiles, telles que des inclusions de sulfures, peut également indiquer la possibilité du recyclage de matériel crustal lié à la subduction lors de la formation du diamant, en particulier dans les contextes continentaux spécifiques[24].

En 2018, a été découverte une forme d’eau à haute pression connue sous le nom de glace-VII grâce aux inclusions dans les diamants. Cette découverte suggère la présence de fluides riches en eau dans la zone de transition entre le manteau supérieur et le manteau inférieur[25].

Inclusions multiphasées[modifier | modifier le code]

Dans les conditions de formation du diamant, marquées par des pressions et des températures extrêmement élevées, la masse fondue de silicate hydraté et le fluide aqueux se combinent pour former un mélange supercritique monophasé. Ce mélange donne naissance à des diamants présentant diverses caractéristiques morphologiques telles que la fibre, la turbidité ou la structure polycristalline, accompagnés d'inclusions multiphasées[26]. Les inclusions multiphasées contiennent des fluides (contenant principalement des carbonates et des silicates, des fluides aqueux à haute densité et des saumures) et des inclusions minérales dans le même diamant[21].

Techniques de recherche[modifier | modifier le code]

Pour analyser la composition et la phase du matériau inclus dans le diamant, diverses techniques à haute résolution sont couramment employées, telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la microscopie électronique en transmission (TEM), l'imagerie par microscopie électronique à balayage (MEB) et la microsonde électronique (EPMA). Ces méthodes permettent d'obtenir des informations détaillées sur la nature du matériau emprisonné dans le diamant, contribuant ainsi à la compréhension des processus de formation et des environnements du manteau terrestre[1].

Parallèlement, des techniques élastiques non destructives sont utilisées pour estimer les conditions de pression et de température de formation du matériau à l'intérieur du diamant, tout en minimisant les dommages à l'échantillon. Ces méthodes incluent la spectroscopie micro-Raman, l'analyse de la biréfringence de déformation et la diffraction des rayons X sur monocristal. L'application de ces techniques offre un aperçu précieux des conditions extrêmes auxquelles le diamant et son inclusion ont été soumis au cours de leur formation[1].

Gemmologie et joaillerie[modifier | modifier le code]

Les diamants sont évidemment utilisés en joaillerie dont ils constituent une matière première. Les inclusions, alors appelées « impuretés »[27] en modifient la valeur marchande selon l'échelle de clarté du diamant GIA qui comprend 6 catégories, dont certaines sont divisées, pour un total de 11 grades spécifiques[28] :

  • impeccable (Flawless - FL) : aucune inclusion et aucune imperfection visible sous un grossissement x 10 ;
  • intérieurement impeccable (IF) : aucune inclusion visible sous un grossissement x 10 ;
  • très, très légèrement inclus (VVS1 et VVS2) : inclusions si légères qu'il est difficile pour un niveleur expérimenté de voir sous un grossissement de x 10 ;
  • très légèrement inclus (VS1 et VS2) : les inclusions sont observées avec un effort sous un grossissement de x 10, mais peuvent être qualifiées de mineures ;
  • légèrement inclus (SI1 et SI2) : les inclusions sont visibles sous un grossissement x 10 ;
  • inclus (I1, I2 et I3) : les inclusions sont évidentes sous un grossissement x 10, ce qui peut affecter la transparence et la brillance.

Sur les autres projets Wikimedia :

Références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ a b c d e f g h i et j Steven B. Shirey, Pierre Cartigny, Daniel J. Frost et Shantanu Keshav, « Diamonds and the Geology of Mantle Carbon », Reviews in Mineralogy and Geochemistry, vol. 75, no 1,‎ , p. 355–421 (ISSN 1529-6466, DOI 10.2138/rmg.2013.75.12, Bibcode 2013RvMG...75..355S, lire en ligne)
  2. ↑ (en) T. Stachel et J. W. Harris, « The origin of cratonic diamonds — Constraints from mineral inclusions », Ore Geology Reviews, the Genesis of Gem Deposits, vol. 34, no 1,‎ , p. 5–32 (ISSN 0169-1368, DOI 10.1016/j.oregeorev.2007.05.002, lire en ligne)
  3. ↑ (en) Herman S. Grütter, John J. Gurney, Andrew H. Menzies et Ferdi Winter, « An updated classification scheme for mantle-derived garnet, for use by diamond explorers », Lithos, selected Papers from the Eighth International Kimberlite Conference. Volume 2: The J. Barry Hawthorne Volume, vol. 77, no 1,‎ , p. 841–857 (ISSN 0024-4937, DOI 10.1016/j.lithos.2004.04.012, Bibcode 2004Litho..77..841G, lire en ligne)
  4. ↑ (en) « Age, Origin, and Emplacement of Diamonds: Scientific Advances in the Last Decade | Gems & Gemology », www.gia.edu (consulté le )
  5. ↑ (en) J. J. Gurney et G. S. Switzer, « The discovery of garnets closely related to diamonds in the Finsch pipe, South Africa », Contributions to Mineralogy and Petrology, vol. 39, no 2,‎ , p. 103–116 (ISSN 1432-0967, DOI 10.1007/BF00375734, Bibcode 1973CoMP...39..103G, S2CID 129566418, lire en ligne)
  6. ↑ (en) Thomas Stachel, Sonja Aulbach, Gerhard P. Brey et Jeff W. Harris, « The trace element composition of silicate inclusions in diamonds: a review », Lithos, selected Papers from the Eighth International Kimberlite Conference. Volume 2: The J. Barry Hawthorne Volume, vol. 77, no 1,‎ , p. 1–19 (ISSN 0024-4937, DOI 10.1016/j.lithos.2004.03.027, Bibcode 2004Litho..77....1S, lire en ligne)
  7. ↑ Pierre Cartigny, « Stable Isotopes and the Origin of Diamond », Elements, vol. 1, no 2,‎ , p. 79–84 (ISSN 1811-5209, DOI 10.2113/gselements.1.2.79, lire en ligne)
  8. ↑ (en) D. G. Pearson, S. B. Shirey, J. W. Harris et R. W. Carlson, « Sulphide inclusions in diamonds from the Koffiefontein kimberlite, S Africa: constraints on diamond ages and mantle Re–Os systematics », Earth and Planetary Science Letters, vol. 160, no 3,‎ , p. 311–326 (ISSN 0012-821X, DOI 10.1016/S0012-821X(98)00092-2, Bibcode 1998E&PSL.160..311P, lire en ligne)
  9. ↑ a et b (en) Steven B. Shirey, Jeffrey W. Harris, Stephen H. Richardson et Matthew J. Fouch, « Diamond Genesis, Seismic Structure, and Evolution of the Kaapvaal-Zimbabwe Craton », Science, vol. 297, no 5587,‎ , p. 1683–1686 (PMID 12215642, DOI 10.1126/science.1072384, Bibcode 2002Sci...297.1683S, S2CID 21246590, lire en ligne)
  10. ↑ « Mineralogical Society of America - Carbon in Earth (Open Access) », www.minsocam.org (consulté le )
  11. ↑ Thomas Stachel, Gerhard P. Brey et Jeffrey W. Harris, « Inclusions in Sublithospheric Diamonds: Glimpses of Deep Earth », Elements, vol. 1, no 2,‎ , p. 73–78 (ISSN 1811-5209, DOI 10.2113/gselements.1.2.73, S2CID 129249737, lire en ligne)
  12. ↑ (en) Fabrizio Nestola, Paolo Nimis, Luca Ziberna et Micaela Longo, « First crystal-structure determination of olivine in diamond: Composition and implications for provenance in the Earth's mantle », Earth and Planetary Science Letters, vol. 305, no 1,‎ , p. 249–255 (ISSN 0012-821X, DOI 10.1016/j.epsl.2011.03.007, Bibcode 2011E&PSL.305..249N, lire en ligne)
  13. ↑ (en) Jeff W. Harris, Karen V. Smit, Yana Fedortchouk et Moreton Moore, « Morphology of Monocrystalline Diamond and its Inclusions », Reviews in Mineralogy and Geochemistry, vol. 88, no 1,‎ , p. 119–166 (ISSN 1529-6466, DOI 10.2138/rmg.2022.88.02, lire en ligne, consulté le )
  14. ↑ Henry O. A. Meyer et Malcolm E. McCallum, « Mineral Inclusions in Diamonds from the Sloan Kimberlites, Colorado », The Journal of Geology, vol. 94, no 4,‎ , p. 600–612 (ISSN 0022-1376, DOI 10.1086/629062, JSTOR 30071572, Bibcode 1986JG.....94..600M, S2CID 128532495, lire en ligne)
  15. ↑ (en) E. Thomassot, P. Cartigny, J. W. Harris et J. P. Lorand, « Metasomatic diamond growth: A multi-isotope study (13C, 15N, 33S, 34S) of sulphide inclusions and their host diamonds from Jwaneng (Botswana) », Earth and Planetary Science Letters, vol. 282, no 1,‎ , p. 79–90 (ISSN 0012-821X, DOI 10.1016/j.epsl.2009.03.001, Bibcode 2009E&PSL.282...79T, lire en ligne)
  16. ↑ Harris J. W., « Recognition of diamond inclusions. 1. Syngenetic mineral inclusions. », Industrial Diamond Review, vol. 28,‎ , p. 402
  17. ↑ a et b (en) Alexandra Witze, « Diamond delivers long-sought mineral from the deep Earth », Nature,‎ (PMID 34764468, DOI 10.1038/d41586-021-03409-2, S2CID 244039394, lire en ligne)
  18. ↑ (en) Oliver Tschauner, Shichun Huang, Shuying Yang et Munir Humayun, « Discovery of davemaoite, CaSiO3-perovskite, as a mineral from the lower mantle », Science, vol. 374, no 6569,‎ , p. 891–894 (PMID 34762475, DOI 10.1126/science.abl8568, Bibcode 2021Sci...374..891T, S2CID 244039905, lire en ligne)
  19. ↑ (en) K. De Corte, P. Cartigny, V. S Shatsky et N. V. Sobolev, « Evidence of fluid inclusions in metamorphic microdiamonds from the Kokchetav massif, northern Kazakhstan », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 62, no 23,‎ , p. 3765–3773 (ISSN 0016-7037, DOI 10.1016/S0016-7037(98)00266-X, Bibcode 1998GeCoA..62.3765D, lire en ligne)
  20. ↑ (en) Ofra Klein-BenDavid, Richard Wirth et Oded Navon, « TEM imaging and analysis of microinclusions in diamonds: A close look at diamond-growing fluids », American Mineralogist, vol. 91, nos 2–3,‎ , p. 353–365 (ISSN 1945-3027, DOI 10.2138/am.2006.1864, Bibcode 2006AmMin..91..353K, S2CID 98714884, lire en ligne)
  21. ↑ a et b (en) Elad S. Izraeli, Jeffrey W. Harris et Oded Navon, « Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid », Earth and Planetary Science Letters, vol. 187, no 3,‎ , p. 323–332 (ISSN 0012-821X, DOI 10.1016/S0012-821X(01)00291-6, Bibcode 2001E&PSL.187..323I, lire en ligne)
  22. ↑ (en) Oleg G. Safonov, Leonid L. Perchuk et Yuriy A. Litvin, « Melting relations in the chloride–carbonate–silicate systems at high-pressure and the model for formation of alkalic diamond–forming liquids in the upper mantle », Earth and Planetary Science Letters, vol. 253, no 1,‎ , p. 112–128 (ISSN 0012-821X, DOI 10.1016/j.epsl.2006.10.020, Bibcode 2007E&PSL.253..112S, lire en ligne)
  23. ↑ (en) Ray Burgess, Pierre Cartigny, Darrell Harrison et Emily Hobson, « Volatile composition of microinclusions in diamonds from the Panda kimberlite, Canada: Implications for chemical and isotopic heterogeneity in the mantle », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 73, no 6,‎ , p. 1779–1794 (ISSN 0016-7037, DOI 10.1016/j.gca.2008.12.025, Bibcode 2009GeCoA..73.1779B, lire en ligne)
  24. ↑ (en) S. H. Richardson, S. B. Shirey, J. W. Harris et R. W. Carlson, « Archean subduction recorded by Re–Os isotopes in eclogitic sulfide inclusions in Kimberley diamonds », Earth and Planetary Science Letters, vol. 191, no 3,‎ , p. 257–266 (ISSN 0012-821X, DOI 10.1016/S0012-821X(01)00419-8, Bibcode 2001E&PSL.191..257R, lire en ligne)
  25. ↑ O. Tschauner, S. Huang, E. Greenberg et V. B. Prakapenka, « Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth's deep mantle », Science, vol. 359, no 6380,‎ , p. 1136–1139 (ISSN 0036-8075, PMID 29590042, DOI 10.1126/science.aao3030, Bibcode 2018Sci...359.1136T, S2CID 206662912)
  26. ↑ (en) Hélène Bureau, Falko Langenhorst, Anne-Line Auzende et Daniel J. Frost, « The growth of fibrous, cloudy and polycrystalline diamonds », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 77,‎ , p. 202–214 (ISSN 0016-7037, DOI 10.1016/j.gca.2011.11.016, Bibcode 2012GeCoA..77..202B, lire en ligne)
  27. ↑ « Types d'inclusions, d'impuretés et d'imperfections d'un diamant », sur www.diamants-infos.com (consulté le )
  28. ↑ (en-US) « What is Diamond Clarity | The 4Cs of Diamond Quality by GIA », sur GIA 4Cs (consulté le )
Ce document provient de « https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Inclusions_dans_les_diamants&oldid=213990813 ».