Les cristaux de diamant naturel se sont formés il y a des millions d'années à l'intérieur de la Terre, à environ 160 km de profondeur, et ont été transportés à la surface bien après par le biais de éruptions volcaniques. Ces éruptions ont créé des canaux verticaux étroits dans une roche ignée appelée kimberlite.
Les cheminées de kimberlite sont excavées pour extraire les diamants, et le minerai extrait est ensuite mécaniquement broyé pour libérer les cristaux. La concentration de diamants dans la kimberlite est très faible, environ une partie par million, par conséquent, les mineurs doivent extraire de grandes quantités de minerai pour obtenir des diamants.
Les diamants naturels se forment dans des conditions spécifiques de pression et de température, cette dernière étant considérablement plus élevée que celle utilisée pour cultiver des diamants synthétiques. Ainsi, tandis qu'à des températures élevées, les diamants naturels se développent en cristaux octaédriques, les diamants synthétiques produits à des températures plus basses ont tendance à croître sous forme de cristaux avec des faces à la fois octaédriques et cubiques.
Les diamants synthétiques sont cultivés en un laps de temps considérablement court, allant de quelques semaines à un peu plus d'un mois, dans des conditions nettement différentes de celles de la formation des diamants naturels dans les profondeurs de la terre. La courte période de croissance entraîne que la forme des cristaux de diamant synthétique soit très différente de celle d'un diamant naturel.
Dans la première moitié des années '50, les premiers scientifiques ont développé les bases de la culture des diamants synthétiques, obtenant initialement seulement de petits cristaux. La production de cristaux de dimensions plus grandes, adaptés à une utilisation en bijouterie, a commencé au milieu des années '90 et continue d'évoluer.
Les diamants synthétiques, cultivés dans divers pays du monde, trouvent leur principal usage non seulement en bijouterie mais aussi dans des applications industrielles. La méthode de synthèse traditionnelle, connue sous le nom de croissance haute pression et haute température (HPHT), produit des diamants à partir d'un alliage métallique fondu, tel que le fer (Fe), le nickel (Ni) ou le cobalt (Co).
La méthode la plus récente, appelée déposition chimique en phase vapeur (CVD) ou croissance basse pression et haute température (LPHT), implique la formation de diamants à partir d'un gaz à l'intérieur d'une chambre à vide.
Dans cet environnement, les particules réagissent les unes avec les autres, se déposant en couches de carbone qui se consolident progressivement en une seule pierre. Dans les deux méthodes, un cristal ou une plaque de diamant est utilisé comme "seme" pour initier la croissance.
La croissance du diamant HPHT se produit dans une petite capsule à l'intérieur d'un dispositif capable de générer des pressions très élevées. À l'intérieur de la capsule, le matériau de départ, la poudre de diamant, se dissolve dans le flux de métal fondu et se cristallise sur le germe pour former le cristal de diamant synthétique. La cristallisation d'un ou de quelques cristaux se produit dans un laps de temps de quelques semaines à un peu plus d'un mois.
Les diamants synthétiques HPHT présentent généralement à la fois des faces cubiques et octaédriques. Comme les formes et les motifs de croissance internes des diamants naturels et synthétiques HPHT diffèrent, ces derniers peuvent être identifiés grâce à ces modèles de croissance, qui représentent l'un des méthodes les plus fiables pour les distinguer.
Les gemmes synthétiques facettées résultantes présentent souvent des caractéristiques visuelles distinctives, telles que des variations de couleur, une zonation de la fluorescence et des motifs de "graining" liés à leur structure de croissance en coupe transversale, ainsi que la présence possible d'inclusions métalliques sombres.
Dans certains cas, le matériau présente une phosphorescence qui persiste après l'extinction de la lampe ultraviolette. Ces diamants synthétiques peuvent être identifiés de manière fiable grâce à des techniques de laboratoire telles que la spectroscopie visible et la fotoluminescence.
La plupart des cristaux cultivés avec HPHT sont jaunes, jaune-orange ou jaune brunâtre. Presque tous sont de type IIb, ce qui est rare dans les diamants naturels. La création de diamants synthétiques HPHT incolores a été un défi car des modifications des conditions de croissance et de l'équipement sont nécessaires pour exclure l'azote.
De plus, les taux de croissance des diamants incolores de haute pureté (type IIa ou type IIb faible) sont plus faibles par rapport à ceux du diamant synthétique de type Ib, nécessitant des temps de croissance plus longs et un meilleur contrôle des conditions de température et de pression. Bien qu'il ait été difficile dans le passé de cultiver des cristaux HPHT incolores de haute qualité, les développements récents ont produit des cristaux suffisants pour des pierres facettées dépassant 10 carats en poids.
L'ajout de bore dans le système de croissance du diamant conduit à la formation de cristaux de couleur bleue. D'autres couleurs telles que le rose et le rouge peuvent être obtenues grâce à des processus de traitement post-croissance, qui impliquent une exposition à des radiations et un chauffage ultérieur, mais de telles colorations sont moins courantes.
La croissance du diamant CVD se produit à l'intérieur d'une chambre à vide remplie d'un gaz contenant du carbone, tel que le méthane. Une source d'énergie, telle qu'un faisceau micro-ondes, décompose les molécules de gaz et les atomes de carbone sont attirés vers le bas par les plaques plates de diamant. La cristallisation se produit sur une période de plusieurs semaines pour créer un certain nombre de cristaux; le nombre exact dépend de la taille de la chambre et du nombre de graines.
Ces cristaux en forme de tablette ont souvent un bord rugueux de graphite noir. Il est également courant qu'ils aient une coloration brune, qui peut être éliminée par un traitement thermique avant la taille. Tout comme la synthèse HPHT, la méthode CVD évolue également, permettant aux fabricants de produire des diamants plus gros et des améliorations en termes de couleur et de pureté.
Au cours des dernières années, plusieurs entreprises ont commencé à produire des diamants synthétiques pour un usage en joaillerie. Il y a eu des améliorations dans la clarté et la couleur de ces diamants, ainsi qu'une augmentation de leur poids en carats. Pour l'identification de matériaux gemmes de tout type, un gemmologue expérimenté utilise divers outils pour le test des gemmes.
Parmi ceux-ci figurent un réfractomètre, une lampe à fluorescence ultraviolette, un microscope binoculaire, un polariscope et d'autres instruments de test. Avec l'amélioration constante de la qualité des diamants synthétiques, il devient de plus en plus difficile de les distinguer des gemmes naturelles à l'aide d'équipements standard.
Bien qu'un gemmologue expérimenté puisse avoir du mal à reconnaître les diamants synthétiques à l'œil nu seul, il existe plusieurs indices qui peuvent suggérer un processus de synthèse. Cependant, ces indices nécessitent une analyse plus approfondie et souvent l'utilisation d'instrumentation spécialisée.
Ces caractéristiques visuelles sont typiques de la plupart des diamants synthétiques, bien que tous les diamants synthétiques taillés ne présentent pas toutes ces particularités. Par exemple, un diamant synthétique particulier peut ne pas présenter de fluorescence. Il est donc crucial de baser l'identification d'un diamant synthétique sur le plus large éventail possible de caractéristiques diagnostiques.
Les diamants synthétiques colorés cultivés avec HPHT présentent souvent une coloration irrégulière. Cet aspect peut être observé en utilisant la lumière transmise dans un microscope et, si nécessaire, en plongeant la pierre taillée dans de l'eau ou de l'huile minérale pour minimiser les réflexions de surface. Une telle zonation chromatique est généralement attribuable à la manière dont les impuretés, telles que l'azote, sont incorporées lors de la formation.
| HPHT synthétique | CVD synthétique |
|---|---|
| Distribution des couleurs non uniformes | Distribution des couleurs non uniformes |
| Différents motifs de granulation | Aucun motif de granulation |
| Couleurs de fluorescence inhabituelles | Couleurs de fluorescence inhabituelles |
| Modèles de couleur de fluorescence | Modèles de couleur de fluorescence |
| Phosphorescence occasionnelle | Phosphorescence occasionnelle |
| Inclusions métalliques de flux | Taches sombres occasionnelles |
| Aucun motif de déformation | Modèles de contrainte en bandes |
| Inscription possible sur le tour | Inscription possible sur le tour |