Non au synthétique
La Nature du Diamant
Les cristaux de diamant naturel se sont formés il y a des millions d'années dans la terre, à une profondeur d'environ 160 km et ont été ramenés à la surface bien plus tard par des explosions volcaniques. Ces éruptions ont formé d'étroits conduits verticaux d'une roche ignée appelée kimberlite. Les conduits de kimberlite sont exploités pour récupérer les diamants et le minéral est mécaniquement décomposé pour libérer les cristaux.
La quantité de diamant dans la kimberlite est très faible, environ une partie par million, les mineurs doivent donc extraire de grandes quantités de minerai pour extraire les diamants. Les diamants naturels se développent dans des conditions particulières de pression et de température. Cette dernière est bien supérieure à celle utilisée pour faire pousser les diamants synthétiques. Ainsi, alors qu'à haute température, les diamants naturels se développent sous forme de cristaux octaédriques, les diamants synthétiques obtenus à des températures plus basses se développent sous forme de cristaux à faces octaédriques et cubiques.
Les diamants synthétiques se développent en très peu de temps, de plusieurs semaines à un peu plus d'un mois, évidemment dans des conditions différentes de la formation des diamants naturels dans les profondeurs de la terre. En raison de la période de croissance très courte, la forme d’un cristal de diamant synthétique est très différente de celle d’un diamant naturel.
Diamants synthétiques
Au milieu des années 1950, les scientifiques ont développé les premiers éléments de la croissance des diamants synthétiques, mais n'ont produit que de minuscules cristaux.
La production de cristaux plus gros, adaptés à la joaillerie, a commencé au milieu des années 1990 et est toujours en évolution. Les diamants synthétiques sont cultivés dans plusieurs pays du monde et sont principalement utilisés en joaillerie ainsi que pour des applications industrielles.
La méthode de synthèse traditionnelle, appelée croissance à haute pression et haute température (HPHT), synthétise les diamants à partir d'un alliage métallique fondu, tel que le fer (Fe), le nickel (Ni) ou le cobalt (Co). La méthode plus récente, appelée dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou croissance à basse pression et haute température (LPHT), consiste à former des diamants à partir d'un gaz dans une chambre à vide où les particules réagissent entre elles pour créer des 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 graine pour démarrer la croissance.
Synthèse HPHT
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La croissance du diamant HPHT se produit dans une petite capsule à l'intérieur d'un appareil capable de générer des pressions très élevées. À l'intérieur de la capsule, le matériau de départ, la poudre de diamant, se dissout dans le flux de métal fondu, puis cristallise sur le germe pour former le cristal de diamant synthétique. La cristallisation d'un ou de quelques cristaux se produit sur une période de quelques semaines à un peu plus d'un mois. Les cristaux de diamant synthétique HPHT présentent généralement des faces cubiques et octaédriques. Étant donné que les formes cristallines des diamants naturels et synthétiques HPHT sont différentes, leurs modèles de croissance interne diffèrent également de manière significative. Ces modèles de croissance peuvent être l'un des moyens les plus fiables de les distinguer.
Les pierres précieuses synthétiques à facettes qui en résultent présentent souvent des caractéristiques visuelles telles que la distribution des couleurs, la zonation de fluorescence et les motifs de grainage liés à leur structure de secteur de croissance en forme de croix, ainsi que l'inclusion occasionnelle de métal foncé.
Dans certains cas, le matériau présente une phosphorescence persistante après l'extinction de la lampe ultraviolette. Ces diamants synthétiques peuvent être identifiés de manière positive à l'aide de techniques de laboratoire telles que la spectroscopie visible et la photoluminescence. La plupart des cristaux HPHT sont jaunes, jaune orangé ou jaune brunâtre. Presque tous sont de type IIb, ce qui est rare dans les diamants naturels. La création de 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 lents que ceux du diamant synthétique de type Ib, qui nécessite des temps de croissance plus longs et un meilleur contrôle des conditions de température et de pression. Bien qu'il ait été traditionnellement difficile de faire pousser des cristaux HPHT incolores de haute qualité, des développements récents ont produit suffisamment de cristaux pour des pierres à facettes de plus de 10 carats. L'ajout de bore au système de croissance donne des cristaux bleus. D'autres couleurs, telles que le rose et le rouge, peuvent être produites par des processus de traitement post-croissance impliquant un rayonnement et un chauffage, mais sont moins courantes.
CVD Synthesis
La croissance du diamant CVD se produit dans une chambre à vide remplie d'un gaz contenant du carbone, tel que le méthane. Une source d'énergie, telle qu'un faisceau de micro-ondes, brise les molécules de gaz et les atomes de carbone sont attirés vers le bas des plaques de diamant plates. 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 semis. Les cristaux tabulaires ont souvent un bord en graphite noir rugueux. Ils présentent également souvent une couleur brune qui peut être éliminée par traitement thermique avant le facettage. Comme la synthèse HPHT, la synthèse CVD continue de s'améliorer et permet aux fabricants de proposer des tailles plus grandes et une couleur et une clarté améliorées.
Identification
Ces dernières années, un nombre croissant d'entreprises ont commencé à produire des diamants synthétiques destinés à la joaillerie. Leur clarté et leur couleur ont été constamment améliorées, ainsi que leur poids en carats.
Pour identifier les matériaux précieux de tous types, un gemmologue expérimenté utilise plusieurs types d'instruments de test de pierres précieuses, notamment un réfractomètre, une lampe à fluorescence ultraviolette, un microscope binoculaire, un polariscope et d'autres instruments de test. La qualité des diamants synthétiques continuant de s'améliorer, il devient de plus en plus difficile de les distinguer des pierres précieuses naturelles à l'aide d'un équipement standard.
Bien qu'un gemmologue expérimenté puisse ne pas être en mesure de reconnaître les diamants synthétiques, plusieurs facteurs peuvent identifier un traitement synthétique, comme indiqué ci-dessous.
Ce sont les caractéristiques visuelles de la plupart des diamants synthétiques. Tous les diamants synthétiques à facettes ne présenteront pas toutes ces caractéristiques. Par exemple, un diamant synthétique particulier peut ne présenter aucune fluorescence. Par conséquent, il est important de baser l'identification du diamant synthétique sur autant de caractéristiques diagnostiques que possible. Les diamants synthétiques colorés obtenus par HPHT présentent souvent une coloration irrégulière qui peut être observée en lumière transmise à l'aide d'un microscope et, si nécessaire, en immergeant la pierre taillée dans de l'eau ou de l'huile minérale pour minimiser les reflets de surface. Ce zonage de couleur est dû à la façon dont les impuretés, telles que l'azote, sont incorporées dans le cristal de diamant synthétique en formation. Parfois, les diamants naturels présentent un zonage de couleur, mais pas dans le motif géométrique présenté par les diamants synthétiques HPHT.
En revanche, les diamants synthétiques obtenus par CVD présentent généralement une coloration uniforme. Les diamants synthétiques HPHT présentent souvent des inclusions solides de métal fondu, qui apparaissent noires et opaques en lumière transmise, mais ont un éclat métallique en lumière réfléchie. Étant donné que l'alliage de flux utilisé pour faire pousser les diamants contient généralement des éléments tels que le fer, le nickel et le cobalt, les diamants synthétiques avec des inclusions métalliques plus grandes peuvent être récupérés avec un aimant. Les diamants synthétiques obtenus par CVD se forment différemment et n'ont pas d'inclusions métalliques.
Certains diamants naturels contiennent des inclusions sombres de graphite ou d'un autre minéral, mais ces inclusions n'ont pas d'éclat métallique. Lorsqu'il est examiné entre deux filtres polarisants tenus à un angle de 90 degrés l'un par rapport à l'autre, un diamant naturel présente souvent un motif hachuré brillant ou une mosaïque de couleurs d'interférence ou de « stress ». Ces couleurs d'interférence résultent du fait que le diamant est soumis à un stress alors qu'il est en profondeur dans la terre ou pendant son éruption explosive à la surface de la terre. En revanche, les diamants synthétiques poussent dans un environnement pressurisé presque uniforme où ils ne sont pas soumis à un stress, donc lorsqu'ils sont examinés de la même manière, ils ne présentent soit aucun motif de contrainte, soit un motif de contrainte en bandes faible. La fluorescence des diamants synthétiques est également souvent très utile pour l'identification, elle est souvent plus forte sous une lampe ultraviolette à ondes courtes que sous une lampe ultraviolette à ondes longues et peut présenter un motif distinctif. Les diamants synthétiques cultivés HPHT ont tendance à afficher un motif de fluorescence en forme de croix sur la couronne ou le pavillon de la pierre taillée. Les diamants synthétiques obtenus par CVD peuvent présenter un motif strié lorsqu'ils sont observés à travers les facettes du pavillon. Les couleurs de fluorescence typiques sont le vert, le jaune-vert, le jaune, l'orange ou le rouge. Lorsque la lampe ultraviolette est éteinte, le diamant synthétique peut présenter une fluorescence persistante pendant une minute ou plus.
| Synthèse HPHT | CVD Synthesis |
|---|---|
| Répartition des couleurs non uniforme | Répartition des couleurs non uniforme |
| Divers motifs de veinage | Aucun motif de veinage |
| Couleurs de fluorescence inhabituelles | Couleurs de fluorescence inhabituelles |
| Motifs de couleur de fluorescence | Motifs de couleur de fluorescence |
| Phosphorescence occasionnelle | Phosphorescence occasionnelle |
| Inclusions de flux métalliques | Taches sombres occasionnelles |
| Aucun motif de déformation | Motifs de déformation en bandes |
| Inscription possible sur la ceinture | Inscription possible sur la ceinture |
Le véritable défi d'identification auquel est confronté le commerce de la bijouterie est le test de très petits diamants vendus en paquets de plusieurs centaines à plusieurs milliers et pouvant inclure à la fois des diamants naturels et synthétiques. Pour aider le commerce de la bijouterie à résoudre ce problème, il existe désormais des outils automatisés qui ont été créés et développés pour tester même de très petits diamants appelés DiamondView
(Synthetic Diamond Detector).
En résumé, les diamants synthétiques sont désormais disponibles en quantités croissantes pour la joaillerie. Nous savons qu'ils peuvent être identifiés avec un DiamondView qui teste des échantillons de toute taille et de toute couleur en utilisant les trois contrôles de base de la photoluminescence, de l'éclairage ultraviolet et de l'absorption optique. Les caractéristiques détectables peuvent changer sous traitement thermique (basse ou haute pression) ; ces changements sont identifiables et peuvent fournir une détection sans ambiguïté des diamants synthétiques développés par CVD ou HTHP.