Corundum

Le corindon est une forme cristalline d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) qui contient généralement des traces de fer, de titane, de vanadium et de chrome. En tant que minéral formateur de roches, il est naturellement transparent mais prend différentes couleurs selon les impuretés de métaux de transition présentes dans sa structure cristalline. Ses deux principales variétés gemmes sont le rubis et le saphir. Le rubis tire sa couleur rouge du chrome, tandis que le saphir peut apparaître dans de nombreuses couleurs selon le métal de transition impliqué ; un type rare rose-orange est connu sous le nom de saphir padparadscha. Le nom « corindon » vient du mot tamoul-dravidien kurundam (signifiant rubis-saphir), qui apparaît également en sanskrit sous la forme kuruvinda. Grâce à sa dureté — le corindon pur est noté 9,0 sur l'échelle de Mohs — il peut rayer presque tous les autres minéraux. L'émeri, une forme granulaire noire de corindon sans valeur gemme, est mélangé à de la magnétite, de l'hématite ou de l'hercynite et est largement utilisé comme abrasif sur le papier de verre et les grands outils d'usinage des métaux, des plastiques et du bois. Le corindon a également une densité de 4,02 g/cm³ (251 lb/pi³), ce qui est exceptionnellement élevé pour un minéral transparent composé d'éléments de faible masse atomique comme l'aluminium et l'oxygène. Le corindon se forme dans des environnements métamorphiques tels que le micaschiste, le gneiss et certains marbres. Il apparaît également dans les roches ignées à faible teneur en silice comme les intrusions de syénite et de syénite à néphéline, ainsi qu'en masses à côté d'intrusions ultramafiques, aux côtés de filons de lamprophyre, et sous forme de grands cristaux dans les pegmatites. En raison de sa dureté et de sa résistance à l'altération, il se retrouve souvent comme minéral détritique dans les sables de rivière et de plage. Le plus grand monocristal naturel documenté de corindon mesurait environ 65 cm × 40 cm × 40 cm et pesait 152 kg (335 lb), bien que ce record ait depuis été battu par certaines boules synthétiques. Le corindon abrasif est extrait au Zimbabwe, au Pakistan, en Afghanistan, en Russie, au Sri Lanka et en Inde. Historiquement, il était extrait de gisements liés à des dunites en Caroline du Nord, aux États-Unis, et d'une syénite à néphéline à Craigmont, en Ontario. Le corindon de qualité émeri se trouve sur l'île grecque de Naxos et près de Peekskill, New York, aux États-Unis. Le corindon abrasif synthétique est fabriqué à partir de bauxite. Quatre haches en corindon datant de 2500 av. J.-C., issues de la culture de Liangzhu et de la culture de Sanxingcun en Chine (cette dernière dans le district de Jintan), ont été découvertes. En 1837, Marc Antoine Gaudin a créé les premiers rubis synthétiques en chauffant de l'alumine avec une petite quantité de chrome comme colorant. En 1847, J. J. Ebelmen a fabriqué des saphirs synthétiques blancs en faisant réagir de l'alumine dans de l'acide borique. En 1877, Frenic et Freil ont produit du corindon cristallin à partir duquel de petites pierres pouvaient être taillées. Frimy et Auguste Verneuil ont fabriqué du rubis artificiel en fusionnant du BaF₂ et de l'Al₂O₃ avec de petites quantités de chrome à des températures supérieures à 2 000 °C (3 630 °F). En 1903, Verneuil a annoncé un procédé de fusion par flamme à l'échelle commerciale pour les rubis synthétiques. Cette méthode de fusion par flamme permet de produire des saphirs et rubis monocristallins parfaits beaucoup plus grands que ceux trouvés dans la nature. Le corindon synthétique de qualité gemme peut également être cultivé par croissance en flux et synthèse hydrothermale. Les méthodes de synthèse étant simples, de grandes quantités de ces cristaux sont désormais disponibles sur le marché à une fraction du coût des pierres naturelles. Le corindon synthétique a un impact environnemental plus faible que le corindon naturel, car il évite l'exploitation minière destructrice et préserve les ressources, mais sa production est énergivore — contribuant aux émissions de carbone si des combustibles fossiles sont utilisés — et implique des produits chimiques qui peuvent présenter des risques. Au-delà des usages ornementaux, le corindon synthétique est utilisé dans les pièces mécaniques (tubes, tiges, roulements et composants usinés), l'optique résistante aux rayures, les verres de montres résistants aux rayures, les fenêtres d'instruments pour satellites et vaisseaux spatiaux (en raison de sa transparence de l'ultraviolet à l'infrarouge) et les composants laser. Par exemple, les miroirs principaux du détecteur d'ondes gravitationnelles KAGRA sont des saphirs de 23 kg (50 lb), et Advanced LIGO a envisagé des miroirs en saphir de 40 kg (88 lb). Le corindon est également utilisé dans les armures en céramique en raison de sa grande dureté. Le corindon cristallise avec une symétrie trigonale dans le groupe d'espace R3c, avec des paramètres de réseau a = 4,75 Å et c = 12,982 Å dans des conditions standard. Sa maille élémentaire contient six unités formulaires. La ténacité du corindon dépend de la rugosité de surface et de l'orientation cristallographique, allant de 6 à 7 MPa·m¹/² pour les cristaux synthétiques à environ 4 MPa·m¹/² pour les cristaux naturels. Dans son réseau, les atomes d'oxygène forment un empilement hexagonal compact légèrement déformé, avec les deux tiers des sites octaédriques occupés par des ions aluminium. L'absence d'aluminium dans l'un des trois sites brise la symétrie de l'empilement hexagonal compact, réduisant le groupe d'espace à R3c et la classe cristalline à trigonale, de sorte que la structure est parfois décrite comme pseudohexagonale. Le module d'Young du corindon (saphir) a été rapporté entre 300 et 500 GPa, avec une valeur couramment citée de 345 GPa. Il dépend de la température : dans la direction [0001], il est de 435 GPa à 323 K et de 386 GPa à 1 273 K. Le module de cisaillement est de 145 GPa et le module de compressibilité est de 240 GPa. Les fibres de corindon monocristallin, qui ont un potentiel dans les composites à haute température, présentent un module d'Young qui varie fortement avec l'orientation cristallographique le long de l'axe de la fibre, atteignant un maximum de 461 GPa.