Diamant synthétique

Un diamant synthétique taillé, conçu avec la méthode CVD

Un diamant synthétique (aussi appelé diamant de synthèse ou diamant de culture) est produit en utilisant différentes techniques physiques et chimiques, visant à reproduire la structure des diamants naturels.

Les diamants synthétiques sont en janvier 2006 vendus à des prix de 10% à 50% inférieurs à ceux des diamants naturels. Leur production annuelle atteignait 3 milliards de carats (600 tonnes) et un montant d'un milliard de dollars, à comparer aux 130 millions de carats (26 tonnes) de l'extraction minière.

Histoire

Les joaillers préfèrent vendre un produit de luxe, donc rare. Ce n'est donc pas dans leur intérêts d'accroître la quantité disponible, ils ont fait de gros efforts pour éviter que les pierres de synthèse s'implantent sur le marché. En revanche, l'industrie apprécie les matériaux durs, comme le diamant (le carbure de silicium, le carbure de tungstène, etc.). La synthèse de diamant fut l'une des voies explorées dans cette recherche de matériaux durs.

Avec la découverte par Smithson Tennant en 1797 que le diamant est une forme cristalline du carbone s'ouvre la voie de la synthétisation de ce matériau. Il faut attendre un peu moins d'un siècle pour que les premières expériences sérieuses commencent avec James Ballantyne Hannay en 1880 et Henri Moissan en 1893. L'expérience de Moissan ne semble pas avoir été concluante, ce dernier n'ayant obtenu que de la moissanite, autrement dit du carbure de silicium. Celle de Hannay est plus controversée, car il a été impossible de reproduire ses résultats. Plusieurs autres expériences ont lieu et seulement deux autres pourraient avoir été un succès. Celle de Otto Ruff en 1917 et celle de Willard Hersey en 1926^[1]. Ces expériences ne sont que des débuts hésitants de la synthèse du diamant, la première véritable synthèse a lieu dans les années 1950.

L'histoire ne reprend donc que le 16 février 1953 à Stockholm en Suède, lors du projet QUINTUS de l'entreprise d'électricité ASEA. La technique, conçue par Baltzar von Platen et le jeune ingénieur Anders Kämpe, sera gardée secrète. Un an plus tard, General Electric répète l'opération et publie ses résultats dans le magazine Nature. C'est à cette date qu'est officiellement reconnue la création du premier diamant synthétique.

A la fin des années 1950, De Beers ainsi que les Russes et les Chinois débutèrent la fabrication de diamants synthétique pour l'industrie. Cela eu pour conséquence de faire chuter la valeur des diamants naturels destinés à l'industrie.

La première véritable utilisation des diamants de synthèse en joaillerie débute vers le milieu des années 1990. En janvier 2006, principalement deux entreprises se partagent le secteur :

• Gemesis (basée à Sarasota en Floride)
• Apollo Diamonds (basée à Boston dans le Massachusetts)

Gemesis a été créée par Carter Clarke, après sa découverte des installations russes durant l'été 1995. Depuis, Gemesis améliore la technique High pressure, high temperature (HPHT), qui a été développée en Russie. Apollo Diamonds pour sa part utilise la technique Chemical vapor deposition (CVD), découverte par son fondateur, Robert Linares, en 1996.

Techniques

High pressure, high temperature

La technique HPHT (en français Haute pression, haute température) consiste à faire un mélange de carbone (sous une forme abondante) et de métaux de transition (qui feront office de solvants) et à soumettre le tout à une très haute pression (environ 58 000 atmosphères) et température (environ 1 400 °C). La formation du diamant se fait alors par germination et croissance. Dans la méthode du gradient de température, un germe de diamant est inséré dans le réacteur avant la réaction.

Cette technique ne produit pour l'instant que des diamants de couleurs (jaune, orange, rose et bleu), qui ne sont pas purs.

Plusieurs entreprises, comme LifeGem ou Algordanza, utilisent cette technique pour réaliser des diamants composés du carbone issus des cendres de la crémation.

Chemical vapor deposition

La technique CVD (en français Dépôt chimique en phase vapeur) créait des couches de diamant. La méthode est de placer une couche de silice ou de diamant dans une chambre où règne une pression d'un dixième d'atmosphère. De l'hydrogène et du méthane sont alors injectés et chauffés par des micro-ondes. Les deux gaz se transforment en plasma et "tombent" sur le substrat, formant une couche de diamant qui croît avec le temps (environ 0,5 mm par jour), dans laquelle seront taillés des petits diamants. Les couches peuvent également servir telles quelles pour l'industrie.

Cette technique produit des diamants bien plus purs que ceux qui sont obtenus avec la HPHT. Mais elle produit des diamants moins résistants que la méthode hpht.

Tequila

Une autre technique permet d'appliquer une fine pellicule de diamants de synthèses sur un matériau pour le rendre plus résistant à l'usure. Cette technique utilise une solution composée de 40 % d'éthanol et 60 % d'eau. Cette solution est vaporisée et le gaz résultant chauffé à 800 °C pour les molécules carbonées, permettant alors la formation de diamants de tailles comprises entre 100 et 400 nm ^[2].

La tequila (la boisson nationale mexicaine) étant composé en même proportion d'éthanol et eau, les trois chercheurs mexicains à l'origine de cette découverte ont ensuite démontré que l'utilisation de tequila blanche est possible, malgré les impuretés. Cette méthode bon marché semble offrir des perspectives intéressantes^[2].

Différence avec les diamants naturels

Actuellement (janvier 2006), il est assez difficile de faire la différence entre un diamant synthétique et naturel^{[réf. nécessaire]}. Les diamants synthétiques restent de petite taille et ne peuvent certainement pas concurrencer le plus gros diamant brut du monde, le Cullinan, qui pèse 3 106 carats, soit 621 grammes.

Le géant du diamant naturel De Beers, développe plusieurs techniques pour détecter ces nouveaux diamants. Une de ces techniques est de détecter la forme de croissance du diamant, qui n'est pas la même que dans la nature. Ainsi, les diamants obtenus par la méthode HPHT créent des secteurs de croissances en forme de cubes. Certaines formes d'impuretés ne sont également pas présentes dans la nature.

La méthode CVD en revanche, produit des diamants plus difficilement différentiables des diamants naturels, car étant très purs, les impuretés et les zones de croissance cubique sont moins distinguables. Cependant, la pureté quasi parfaite des diamants produits par la méthode CVD peut être un indice, induisant ainsi de la méfiance quant à l'origine du diamant.

Appellation en France

En France, l'usage commercial pour de tels diamants oblige les vendeurs à utiliser le terme "synthétique", de manière à ne pas tromper le client.

Voici un extrait du décret 2002-65 ^[3] du 14 janvier 2002 relatif au commerce des pierres gemmes et des perles :

« Art. 4 : Les qualificatifs suivants complètent respectivement la dénomination des matières et produits mentionnés ci-dessous :
(...)
- "synthétique" pour les pierres qui sont des produits cristallisés ou recristallisés dont la fabrication provoquée totalement ou partiellement par l'homme a été obtenue par divers procédés, quels qu'ils soient, et dont les propriétés physiques, chimiques et dont la structure cristalline correspond pour l'essentiel à celles des pierres naturelles qu'elles copient;
(...)
L'emploi des termes : "élevé", "cultivé", "de culture", "vrai", "précieux", "fin", "véritable", "naturel" est interdit pour désigner les produits énumérés au présent Article. (...) »

Références

Voir aussi

• Diamant
• Gemme
• Faux minéraux et fossiles
• L'Étoile du sud, roman de Jules Verne mettant en scène un chimiste cherchant à réaliser un diamant de synthèse

Source de l'article

• Des diamants plus vrais que nature, de Sylvie Rouat, Sciences et Avenir de janvier 2006

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