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Sous la surface des perles

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Parmi les matériaux qui contribuent à la confection de bijoux, les perles occupent une place à part : elles sont produites par des organismes vivants. L’estimation de leur qualité, donc de leur prix, repose sur la forme, la couleur, le lustre..., c’est à dire des caractéristiques externes. Mais qu’y a-t-il à l’intérieur ? Menée sous l’égide de la Direction des ressources marines en Polynésie française, l’étude de leur développement par des équipes du Museum national d’histoire naturelle, de Sorbonne Université, de l’ESRF et de la ligne de lumière NANOSCOPIUM du Synchrotron SOLEIL révèle une diversité et une complexité inattendues des structures et compositions. Ces irrégularités internes sont à l’origine des défauts de surface et permettent l’analyse d’un phénomène encore énigmatique : la production de minéraux par les êtres vivants.

Inventées au Japon au début du 20° siècle, les perles de culture sont obtenues par une “greffe”.  Un petit fragment (le greffon) de l’organe produisant la nacre de la coquille d’une “huître” perlière (Pinctada, qui n’est pas vraiment une huître) est implanté dans un autre animal de la même espèce. Il y est placé contre une petite sphère (nucleus, en nacre, Fig. 1) préalablement introduite dans la gonade de l’huître “porteuse”. Si la greffe est un succès (le taux de perte est élevé), le greffon survit, enveloppe le nucleus et après environ deux ans, la perle est prélevée et classée en fonction de ses qualités. Une sévère sélection est nécessaire car, contrairement aux descriptions habituelles, le nucleus n’a pas été simplement recouvert d’une couche de nacre. Beaucoup de perles sont irrégulières, mais toutes montrent une histoire complexe (Fig. 1). Cette analyse détaillée des structures internes des perles et de leur composition donne un accès direct au processus de biominéralisation qui s’est déroulé entre la greffe et la récolte.

Figure 1 : Vues externes (a, c) et sections (b, e) de perles irrégulière (a, b) et ronde (c, d). Le nucleus inséré dans la glande reproductrice (gonade) de l’huître porteuse est obtenu à partir d’un mollusque d’eau douce. Notez que même la structure interne de la perle ronde est irrégulière et n’est pas entièrement composée de nacre.

La coupe de plusieurs centaines de perles a permis la corrélation des données structurales (micro- et nano-échelles par microscopies et micro-tomodensitométrie), minéralogiques (spectrométries Raman et infra-rouge), chimiques (microsonde électronique, spectroscopie de structure près du front d'absorption de rayons X et nano-fluorescence par rayons X). Elle révèle que chaque perle, ronde ou non, a sa propre structure et composition. Les structures anormales (qui perturbent la sphéricité) sont produites dès le début du développement de la perle, montrant que la greffe a fortement perturbé la production des composés organiques contrôlant le processus de bio-cristallisation. La perturbation est parfois si intense qu’outre les structures connues dans les coquilles (nacre aragonitique et prismes calcitiques), des structures jamais produites dans les coquilles de cette espèce sont observables (prismes aragonitiques par exemple). Quelques jours après la greffe, les irrégularités sont visibles (Fig. 2a, b). Des zones plus ou moins grandes, de formes variables comportent déjà des éléments minéraux, tandis que d’autres sont encore entièrement organiques. Grâce à la résolution nanométrique de NANOSCOPIUM, la présence de zones minéralisées sur des échantillons ayant un mois ou moins apparaît clairement sur les cartographies (Fig. 2c, d). La distribution des éléments associés au carbonate de calcium (calcite et aragonite) correspond à la disposition à la fois radiaire et concentrique du Ca.

Figure 2 : Structure et composition des dépôts précoces. a) vue externe du noyau présentant quelques dépôts ; b) détail des dépôts minéralisés vus au microscope électronique à balayage; c) vue optique des dépôts avec une structure concentrique et radiaire ; d) carte de distribution du calcium obtenue en nano-XRF sur la ligne NANOSCOPIUM des dépôts sur un noyau après 20 jours. Les zones non minéralisées sont en bleu foncé, les zones riches en Ca en jaune.

Une perle, même ronde, n’est donc pas un noyau recouvert de nacre, contrairement aux descriptions habituelles. En l’état actuel des données, il est établi que la qualité de la greffe (bon état sanitaire de l’huître donneuse, soin de la découpe du greffon...) joue un rôle majeur, mais une corrélation précise et directe entre ces paramètres, la structure et la composition internes d’une perle et son état de surface reste à déterminer. En effet une telle corrélation ne peut être reconnue que sur des perles coupées, donc non commercialisables. Enfin, il faut tenir compte des paramètres environnementaux pendant le développement de la perle.