Physico-chemical characterization of iranian turquoises : a tentative to trace middle-eastern turquoise-bearing artifacts

par Niloofar Mousavipak

Thèse de doctorat en Gemmologie

Sous la direction de Gérard Panczer.

Soutenue le 21-01-2020

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale des Matériaux (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Institut Lumière Matière (laboratoire) .

Le président du jury était Anne Pillonnet.

Le jury était composé de Gérard Panczer, Ludovic Bellot-Gurlet, Nadège Ollier.

Les rapporteurs étaient Fariborz Masoudi, Ina Reiche.

  • Titre traduit

    Caractérisations physico-chimiques de turquoises d'Iran : tentative de traçage d'artéfacts à turquoises moyenorientaux


  • Résumé

    Cette étude a consisté en la comparaison de turquoises CuAl6(PO4)4(OH)8.4H2O de diverses mines historiques d'Iran (Perse) à celles d'autres localités régionales afin de trouver potentiellement des caractéristiques discriminantes permettant d'identifier la provenance de bijoux ou d’artefacts à turquoise. Des échantillons de mines de turquoise ont été recueillis auprès de trois sources principales : Neyshapour, Damghan et Kerman et de couleur différente. De plus des bijoux à turquoise du Musée des Arts Décoratifs de Paris (MAD) ont également été analysé. Les spectroscopies vibrationnelles Raman et FTIR permettent toutes deux d'identifier la structure de la turquoise. Bien que FTIR ne montre pas de différences particulières entre les différentes couleurs de turquoise, les analyses Raman des échantillons de turquoise bleu et vert montrent que la largeur de ligne de l'échantillon bleu semble beaucoup plus résolue que celle du vert. Cela indique que le réseau et les modes de vibration OH et H2O sont sensibles aux substitutions induisant un désordre cristallin relatif. La spectroscopie d'absorption révèle que les turquoises avec la meilleure couleur bleue présentent une légère absorption de Fe3+. L'influence des ions cuivre divalents et du fer trivalent sur la couleur de la turquoise est expliquée. Selon les résultats d'absorption optique, Fe2+ n'a aucun effet particulier sur la couleur du turquoise ; la substitution Fe3+/Al change la couleur de la turquoise en une couleur verte. De plus, il a été démontré que les cartes élémentaires de spectroscopie de dégradation induite par micro laser (LIBS) permettent d'identifier rapidement les phases turquoise (Cu, Al et P corrélées) ainsi que celles de pyrite (FeS2) et de silicate. De légères interférences entre P, Al et Fe révèlent la légère substitution de Al par Fe.Des analyses chimiques non destructives réalisées par XRF, ont permis de quantifier les éléments majeurs (Al, P, Cu) et les éléments traces (Fe, Zn, As, Ca, Ti). Des analyses de corrélation et par ACP ont été menées en utilisant des données mesurées ainsi que des données bibliographiques. Les bijoux à turquoise du MAD se superposent aux domaines des turquoises de Neyshapour (Fe/Cu vs Zn/Cu; Zn/Cu vs As/Cu; Zn/Cu vs Ca/Cu). Par contre, les turquoises de Kerman ne correspondent pas, ainsi que les turquoises de Chine. Il est donc possible de suggérer que les turquoises des bijoux du MAD antérieures au 19e siècle étaient des turquoises d'origine persane


  • Résumé

    This study consists in the comparison of turquoise CuAl6 (PO4) 4 (OH) 8.4H2O from various historic mines in Iran (Persia) to those of other regional localities in order to potentially find discriminating characteristics making it possible to identify the origin of turquoise-bearing jewelry or artifacts. Turquoise mine samples were collected from three main sources: Neyshapour, Damghan and Kerman and of different colors. In addition, turquoise jewels from the Musée des Arts Décoratifs de Paris (MAD) were as well analyzed. Both Raman and FTIR vibrational spectroscopy allows to identify the structure of turquoise. Although FTIR does not show any particular differences between the different colors of turquoise, Raman analyzes of the blue and green turquoise samples show that the linewidth of the blue sample seems much more resolved than that of green. This indicates that the network and the modes of vibration OH and H2O are sensitive to the substitutions inducing a relative crystalline disorder. Absorption spectroscopy reveals that even the turquoise with the best blue color has a slight absorption of Fe3 +. The influence of divalent copper ions and trivalent iron on the color of turquoise is explained. According to the optical absorption results, Fe2+ has no particular effect on the color of the turquoise; the substitution Fe3+ / Al changes the color of the turquoise to a green color. In addition, it has been shown that elementary micro laser induced degradation spectroscopy (LIBS) maps allow rapid identification of the turquoise phases (correlated Cu, Al and P) as well as those of pyrite (FeS2) and silicate. Slight interference between P, Al and Fe reveals the slight substitution of Al by Fe. Non-destructive chemical analyzes carried out by XRF, made it possible to quantify the major elements (Al, P, Cu) and the trace elements (Fe, Zn, As, Ca, Ti). Correlation and PCA analyzes were conducted using measured data as well as bibliographic data. MAD turquoise jewelry overlays the turquoise domains of Neyshapour (Fe / Cu vs Zn / Cu; Zn / Cu vs As / Cu; Zn / Cu vs Ca / Cu). The Kerman turquoises do not match, as do the Chinese turquoises. It is therefore possible to suggest that the turquoise stones in MAD jewelry prior to the 19th century were turquoise stones of Persian origin


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