L'une des propriétés physiques les plus remarquables de la tourmaline est sa pyroélectricité et sa piézoélectricité marquées : chauffée, puis refroidie, elle développe des charges électriques opposées à ses extrémités, attirant les particules de poussière, un phénomène connu depuis l'Antiquité. Ses fortes propriétés optiques incluent un pléochroïsme très prononcé, c'est-à-dire un changement de couleur ou d'intensité lumineuse selon l'angle d'observation, particulièrement spectaculaire dans les variétés sombres. La variété chromatique est immense : le schorl, noir et riche en fer, est le plus commun, tandis que le dravite, brun à jaune, est riche en magnésium. L'elbaïte, riche en lithium, offre les gemmes les plus recherchées, comme la rubellite, d'un rose à rouge profond, la verdelite verte, la indicolite d'un bleu intense, et la plus rare et précieuse, la tourmaline Paraíba, dont les teintes bleu néon à vert éclatant sont dues à des traces de cuivre et de manganèse. Il existe aussi des cristaux zonés, dites "pastèque" avec un coeur rose et une bordure verte, témoins directs des changements de composition du fluide minéralisateur au cours de la croissance.

La tourmaline se forme principalement dans les pegmatites granitiques et les roches métamorphiques de haute pression. Elle est un minéral accessoire typique des granites et de leurs veines hydrothermales associées, où le bore, élément essentiel à sa structure, joue le rôle de fondant. On la trouve également en concentrations importantes dans certains gisements sédimentaires d'évaporites ou en tant que minéral lourd dans les placers alluviaux. Les principaux gisements de tourmaline gemme se situent au Brésil, notamment au Minas Gerais pour les elbaïtes multicolores, au Mozambique et au Nigeria pour les découvertes récentes de cuivreuses, en Afghanistan et au Pakistan pour les cristaux fins en paragenèse, aux États-Unis dans les pegmatites de Californie et du Maine, ainsi qu'à Madagascar, en Namibie et en Russie.

Au-delà de son intérêt ornemental et de collection, qui en fait l'une des pierres fines les plus appréciées avec des spécimens pouvant dépasser les valeurs des saphirs pour les plus belles Paraíba, la tourmaline a des applications industrielles notables. Ses propriétés piézoélectriques sont exploitées depuis le XX^e siècle dans la fabrication de manomètres, de jauges de contrainte, et plus tard dans des capteurs pour instruments sous-marins. La poudre de tourmaline est utilisée dans certains textiles techniques, cosmétiques ou céramiques fonctionnelles pour sa supposée capacité à émettre des ions négatifs et des infrarouges lointains, bien que ces usages relèvent souvent davantage du marketing que de performances scientifiquement établies. La synthèse de la tourmaline est possible en laboratoire hydrothermal, mais reste coûteuse et non compétitive face à l'abondance du matériau naturel, sauf pour des fins de recherche. Les traitements gemmologiques sont en revanche courants : irradiation pour intensifier les roses, chauffage pour éclaircir les verts trop foncés, ou encore remplissage de fractures pour les variétés de qualité inférieure, exigeant une expertise poussée lors de l'identification en laboratoire.

Les variétés de la tourmaline.
Les différents sites cristallographiques de la tourmaline peuvent être occupés par une grande variété de cations tels que le sodium, le calcium, le potassium, le lithium, le magnésium, le fer, le manganèse, l'aluminium, le chrome ou le vanadium. Cette grande souplesse cristallochimique explique l'extraordinaire diversité des couleurs, des propriétés optiques et des variétés gemmologiques observées. Les couleurs résultent principalement des métaux de transition présents en faibles concentrations, mais également des interactions électroniques entre plusieurs ions, des défauts cristallins et, plus rarement, de phénomènes d'irradiation naturelle. 

• La schorl est la variété noire, de très loin la plus abondante. Elle appartient au pôle riche en fer du groupe des tourmalines sodiques. Sa couleur noire intense provient de fortes teneurs en fer ferreux et ferrique, dont les nombreuses transitions électroniques absorbent pratiquement toute la lumière visible. Les cristaux peuvent atteindre plusieurs dizaines de centimètres et présentent souvent un fort développement prismatique avec des stries longitudinales très marquées. La schorl est extrêmement répandue dans les granites, les pegmatites et les roches métamorphiques. Bien que sa valeur gemmologique soit limitée en raison de son opacité, elle constitue un minéral majeur pour les collections minéralogiques et possède une grande importance scientifique dans l'étude des processus magmatiques.

• La dravite représente le principal terme magnésien des tourmalines. Sa couleur varie du brun clair au brun foncé, parfois avec des nuances jaune brun, vert olive ou brun rougeâtre. Elle cristallise principalement dans les marbres magnésiens, les schistes métamorphiques et certaines pegmatites pauvres en lithium. Les cristaux transparents sont relativement rares mais peuvent produire de belles pierres gemmes. La dravite est particulièrement abondante en Slovénie, en Autriche, au Sri Lanka, en Tanzanie et au Kenya.

• L'elbaïte constitue la plus célèbre des espèces de tourmaline, car elle regroupe la majorité des variétés gemmologiques colorées. Riche en lithium, elle possède une composition chimique extrêmement flexible qui permet l'incorporation de nombreux éléments chromophores. Les cristaux présentent souvent des couleurs remarquablement vives et une grande transparence. Les pegmatites granitiques enrichies en lithium, bore et éléments rares constituent son environnement de formation privilégié. L'elbaïte est également célèbre pour ses cristaux zonés, dont la couleur change progressivement ou brutalement au cours de la croissance.

• La rubellite correspond aux elbaïtes roses à rouges. Sa couleur est principalement due au manganèse, généralement sous forme de Mn³⁺, parfois accompagné de faibles quantités de lithium et d'autres éléments modifiant la saturation. Les nuances s'étendent du rose tendre au rouge rubis profond. Contrairement à d'autres pierres roses, la rubellite conserve généralement sa couleur sous différents types d'éclairage, ce qui constitue un critère de distinction important. Les principaux gisements se trouvent au Brésil, au Mozambique, à Madagascar, au Nigeria et en Afghanistan. Les spécimens les plus recherchés présentent une couleur rouge intense uniforme et une excellente transparence.

• L'indicolite désigne les tourmalines bleues. Leur coloration est principalement produite par le fer divalent, parfois associé à des interactions avec le manganèse ou d'autres éléments présents en faibles concentrations. Les couleurs vont du bleu clair au bleu saphir profond, parfois avec une légère composante verdâtre. Les cristaux d'un bleu pur sont relativement rares et atteignent des valeurs élevées sur le marché des pierres précieuses. Le Brésil, le Mozambique et l'Afghanistan fournissent les plus beaux spécimens.

• La verdélite regroupe les tourmalines vertes, dont les teintes varient du vert très clair au vert émeraude foncé. Les responsables de cette coloration sont principalement le fer, le chrome et le vanadium, seuls ou associés. Les verdélites chromifères et vanadifères présentent les couleurs les plus vives et figurent parmi les pierres les plus recherchées. Les cristaux proviennent principalement du Brésil, de Tanzanie, du Mozambique, de Namibie et du Nigeria.

• La tourmaline chromifère constitue une variété particulière de verdélite dont la couleur est essentiellement produite par le chrome, parfois accompagné de vanadium. Son vert intense rappelle celui des meilleures émeraudes. Les gisements les plus célèbres sont situés en Tanzanie et au Kenya. En raison de sa rareté et de la vivacité de sa couleur, cette variété atteint des prix très élevés.

• La tourmaline vanadifère ressemble beaucoup à la précédente, mais la couleur verte est principalement liée au vanadium. Les différences spectroscopiques permettent généralement de distinguer les deux types. Les gemmologues regroupent souvent les tourmalines chromifères et vanadifères dans une même catégorie commerciale en raison de leur aspect très proche.

• La paraíba représente l'une des découvertes gemmologiques majeures du XX^e siècle. Découverte à la fin des années 1980 dans l'État de Paraíba, au Brésil, cette variété d'elbaïte doit sa couleur bleu turquoise, bleu néon ou vert électrique à la présence inhabituelle de cuivre, souvent associé au manganèse. Le cuivre provoque une absorption très spécifique qui confère à la pierre une luminosité et une saturation exceptionnelles. Des gisements comparables ont ensuite été découverts au Mozambique et au Nigeria, où les compositions chimiques sont voisines bien que parfois légèrement différentes. Les plus belles tourmalines paraíba figurent aujourd'hui parmi les pierres précieuses les plus coûteuses du marché.

• La tourmaline jaune, parfois appelée canari lorsqu'elle présente une couleur particulièrement vive, doit sa teinte au manganèse, parfois combiné avec le fer. Les cristaux transparents sont relativement rares et proviennent principalement du Malawi, du Nigeria, du Mozambique et du Brésil.

• La tourmaline orange présente des couleurs allant de l'orange doré à l'orange rougeâtre. Elle est essentiellement liée à des concentrations particulières de manganèse. Certaines pierres présentent une légère modification de leur teinte après un chauffage contrôlé, mais la plupart conservent une bonne stabilité.

• La tourmaline brune, parfois désignée sous le nom commercial de dravite gemme lorsqu'elle appartient à cette espèce, présente des nuances chocolat, cognac ou brun miel. Elle est principalement riche en magnésium ou en fer selon sa composition précise.

• La tourmaline incolore, appelée achroïte, est extrêmement rare. Son absence de couleur traduit une très faible concentration en éléments chromophores. Les cristaux parfaitement transparents sont recherchés par les collectionneurs en raison de leur rareté bien davantage que pour la joaillerie. Les principaux gisements connus se situent en Italie, au Brésil et à Madagascar.

• Les tourmalines polychromes constituent une caractéristique emblématique du groupe. Au cours de la croissance du cristal, la composition chimique des fluides pegmatitiques évolue progressivement, entraînant des changements successifs de couleur. Les cristaux présentent ainsi plusieurs zones colorées parfaitement délimitées ou progressivement dégradées. Les combinaisons les plus fréquentes associent le vert, le rose, le bleu, le jaune ou l'incolore. Ces zonations constituent un précieux indicateur des conditions physico-chimiques ayant régné durant la cristallisation.

• La tourmaline "melon d'eau" représente le cas le plus célèbre de zonation colorée. Elle possède généralement un coeur rose ou rouge entouré d'une bordure verte, reproduisant l'aspect d'une tranche de pastèque. Plus rarement, l'ordre des couleurs est inversé ou plusieurs anneaux concentriques sont présents. Cette disposition résulte des variations successives de la concentration en manganèse, fer et autres éléments dans les fluides pegmatitiques. Les sections transversales de ces cristaux sont particulièrement recherchées en joaillerie et par les collectionneurs.

Plus exceptionnellement encore, quelques tourmalines présentent un astérisme, c'est-à-dire une étoile lumineuse visible sous un éclairage ponctuel. Ce phénomène résulte de réseaux réguliers d'inclusions orientées suivant plusieurs directions cristallographiques. Les spécimens sont extrêmement rares et essentiellement destinés aux collections spécialisées.

Certaines variétés montrent un pléochroïsme particulièrement intense. Selon l'orientation d'observation, une même pierre peut apparaître nettement plus claire ou plus foncée, voire présenter deux couleurs distinctes. Ce phénomène est dû à l'anisotropie optique de la structure cristalline et constitue une propriété importante lors de la taille des gemmes, le lapidaire orientant soigneusement le cristal afin d'obtenir la couleur la plus favorable.