Diamant - Encyclopédie

Diamant brut

    Classe : Éléments
    Sous-classe : Non-métaux
    Système cristallin : Cubique
    Chimie : C

    Abondance : Rare

Le diamant est le plus dur de tous les corps naturels connus (dureté de 10 sur l'échelle de Mohs). Son nom vient de cette dureté : du grec adamas (invincible). Alliée à un exceptionnel indice de réfraction à l'origine de l'éclat (adamantin) et de ses feux, ils font du diamant un minéral mythique, la plus prisée des pierres précieuses. Le diamant est un minéral primaire remonté du manteau profond par les kimberlites, ces roches volcaniques ultrabasiques très riches en phlogopite et pyrope, qui se mettent en place sous forme de cheminées volcaniques particulières : "les pipes". On rencontre également le diamant dans des gisements détritiques dérivant de l'altération des kimberlites (conglomérats, alluvions). Les cristaux sont très communs. Le plus fréquemment ce sont des octaèdres (jusqu'à 6 cm), parfois des dodécaèdres, des tétraèdres ou des cubes, à faces souvent striées et incurvées. Seuls les diamants transparents et sans défaut, incolores ou harmonieusement colorés en jaune, rouge, bleu ou orangé sont taillés pour la joaillerie : ils restent très minoritaires par rapport aux diamants impurs, de teinte sombre, les "borts", très demandés dans les industries de coupe, et partiellement produits par synthèse pour compenser la faiblesse de la production minière. En effet, les scies diamantées possèdent une couronne d'acier sertie de fragments de cristaux de diamants afin de couper verres, roches et matériaux durs, ce sont encore des fragments de diamants qui permettent aux trépans des foreuses de creuser les roches, de réaliser le tréfilage ou le truing des meules. La poudre de diamant est pour sa part utilisée au polissage des diamants eux-mêmes mais aussi des autres pierres précieuses. En joaillerie son prix dépend de sa couleur, de sa brillance, due à son fort indice de réfraction, et de ses feux, qui traduisent sa forte dispersion de la lumière. Les diamants colorés en jaune, bleu, vert ou rouge sont les plus prisés et atteignent des prix faramineux. 

Le diamant est si précieux qu'il est divinisé dans le merveilleux religieux : pour les Védas hindous "le trône de diamant de Bouddha est au centre du Monde", tandis que l'Apocalypse de St-Jean proclame que "le trône blanc du jugement dernier est taillé dans le diamant". L'Inde, berceau des pierres précieuses, restera avec Bornéo le seul producteur de diamant au Monde jusqu'au XVIIIème siècle. C'était un talisman très précieux : les lapidaires indiens affirmaient que le possesseur de diamant était protégé des serpents, du feu, des maladies, des poisons, des voleurs, des fantômes et des inondations. En revanche, les Romains ne tenaient pas le diamant en grande estime, le reléguant au rang d'outil de taille des pierres "réellement" précieuses, l'émeraude principalement.

Le diamant dans le Monde

Malgré la découverte de diamants au Brésil en 1723, l'ère moderne du diamant s'ouvre en Afrique du Sud en 1866. Elle débute par la découverte fortuite près de Douglas du "Eureka Diamond", un diamant de "seulement" 21,5 carats, et s'affirme en 1869 par la découverte du "Star of South Africa", une pierre de 83,5 carats, achetée à son découvreur par un fermier contre tout son cheptel de 500 brebis, 10 boeufs et un cheval ! La ruée vers le diamant commença dès lors avec l'exploitation des alluvions et de la "pierre bleue" (kimberlite altérée) de la région de Beaconsfield et Kimberley, mais dût attendre 1871 pour que des découvertes majeures soient signalées, lorsque les mineurs commencèrent à fendre et broyer la kimberlite saine.

Les frères de Beers étaient les heureux propriétaires de cette bande de terre diamantifère qui allait devenir la De Beers Mine. Les "pipes" de kimberlites furent alors activement recherchés et intensément exploités. La ville et les faubourgs de Kimberley en comptent cinq, les plus célèbres et les plus productifs du Monde : Kimberley Mine, connue sous le nom de "big hole", une des plus grandes excavations creusées par l'homme, De Beers mine, Bultfontein, Dutoitspan et Wesselton. Ces cinq mine ont produit ensemble entre 1888 et 1987 près de 22,5  tonnes de diamant (plus de 112 millions de carats). Mais c'est une autre kimberlite, exploitée dans la Mine Premier, qui produisit les plus belles pierres dont le célébrissime Cullinan, le plus gros diamant du Monde. D'un poids brut de 3106 carats (621,2 g soit la taille d'une grosse boîte d'allumettes), ce joyau fut découvert le 5 Janvier 1905 et acheté à Thomas Cullinan par le gouvernement du Transvaal pour être offert à la couronne Britannique. Le Cullinan fut taillé en 9 grands brillants et 96 brillants de plus petites tailles ; le plus grand, le "Great Star of Africa", pesant 530,2 carats, orne le sceptre des souverains Britanniques. La mine Premier a produit plus de 300 pierres de très grande qualité dépassant les 100 carats, dont en 1985 un diamant jaune d'un poids brut de 755 ct : le Golden Jubilee. Ce dernier a été taillé une pierre de 545,67 ct, actuellement le plus gros diamant taillé du Monde. Cette kimberlite très riche est aussi la plus ancienne : elle a été datée à 1,2 milliards d'années.

De superbes diamants proviennent également d'Inde comme cette pierre brune de 1,25 ct (les alluvions de Golconde ont été les seuls producteurs mondiaux jusqu'au XVIIIème siècle), du Brésil (Diamantina), de la République Démocratique du Congo et de Iakoutie (Russie).

La production minière mondiale annuelle s'est établie à 130 millions de carats (soit 26 tonnes de diamants) en 2016, le Congo et le Botswana étant les premiers producteurs mondiaux devant la Russie et l'Afrique du Sud. Mais cette production ne suffit pas pour satisfaire la demande industrielle et le diamant est synthétisé depuis 1954.

Le diamant en France

En France, le diamant est signalé dans les komatiites du complexe de Dachine en Guyane. On le retrouve également dans certaines météorites dont la météorite d'Orgueil, tombée le 14 mai 1864, la plus massive des 9 chondrites carbonées CI connues.

Les macles

Le diamant macle sur {111}, c'est la macle du spinelle. Elle produit généralement des cristaux triangulaires applatis (photo de droite). Cette macle peut exceptionnellement être multiple et produire des étoiles de David (photo de droite), tout comme le spinelle.

Les diamants synthétiques

La plupart des diamants synthétiques sont fabriqués à haute pression. Ils sont principalement destinés à un usage industriel, mais certains fabricants les produisent pour la joaillerie. Les impuretés azotées colorent généralement les synthétiques en brun ou en jaune au fur et à mesure de leur croissance, de sorte que les diamants synthétiques incolores sont rares. Le grossissement et l'éclairage sur fond noir peuvent révéler des inclusions de flux métallique opaques ou réfléchissantes dans un diamant synthétique. Ces inclusions n'apparaissent pas dans toutes les pierres. 

Un diamant synthétique produit par synthèse haute pression conventionnelle se développe à partir d'un germe cristallin et a des faces octaédriques et cubiques. Cela signifie qu'un cristal bien formé ressemble à une pyramide effilée à large base avec une petite face plate au sommet (photo de droite). Les cristaux de diamants naturels (qui poussent sous forme d'octaèdres ou de cubes) ont un aspect très différent.

Les cristaux de diamants synthétiques jaunes contiennent des impuretés azotées. Lorsque les impuretés s'alignent avec les faces octaédriques et cubiques du cristal, elles peuvent créer un grain interne caractéristique en forme de sablier ou en forme de croix qui peuvent être visible dans les gemmes.

La plupart des diamants synthétiques incolores à presque incolores sont dépourvus d'impuretés azotées, de sorte qu'ils ne présentent généralement aucun grain interne ou de surface. Il est possible de voir des nuages de minuscules inclusions ponctuelles similaires à celles des diamants naturels, mais ils peuvent être très difficiles à diagnostiquer et ne constituent pas un moyen concluant de séparer les diamants naturels de leurs homologues synthétiques.

Les diamants synthétiques incolores à presque incolores laissent généralement apparaît une faibles double réfraction (ADR). Il apparaît parfois sous la forme d'un motif noir en forme de croix sous des filtres polarisants croisés (lumière polarisée-analysée) comme présenté sur la photo ci-dessous.

La plupart des diamants synthétiques incolores réagissent plus fortement aux ultraviolets (UV) à ondes courtes qu'aux UV à ondes longues. Sous UV courts, ils peuvent montrer une fluorescence jaune, vert-jaune ou orange-jaune faible à forte. Si les diamants naturels deviennent fluorescents, leurs réactions aux ondes longues sont généralement plus fortes que leurs réactions aux ondes courtes. Les diamants naturels incolores à presque incolores peuvent avoir une fluorescence bleue, jaune ou orange faible à forte. La fluorescence des diamants naturels incolores à presque incolores est généralement uniformément répartie alors que la distribution de la fluorescence dans un diamant synthétique est généralement inégale. Elle suit les secteurs de croissance interne de la gemme synthétique. Certains secteurs émettent une fluorescence, tandis que d'autres n'en présentent pas, de sorte qu'une forme carrée ou octogonale plus un motif en forme de croix apparaissent (voir photos). Des bandes fluorescentes parallèles au grainage apparaissent parfois dans des secteurs de croissance individuels.

Les synthétiques cultivés par des méthodes conventionnelles de croissance à haute pression phosphorescent toujours pendant 60 secondes ou plus. L'intensité de la phosphorescence est modérée à forte sous UV court, et sa couleur est généralement jaune ou jaune verdâtre. Les diamants naturels incolores à presque incolores phosphorescent parfois jaune sous UV long et sous UV court. La phosphorescence est généralement faible et dure 30 secondes ou moins.

Fluorescence d'un diamant synthétique sous UV court 
© GIA
Fluorescence d'un diamant naturel sous UV long
© GIA
Fluorescence irrégulière aux UV courts des diamants synthétiques
ADR en croix d'un diamant taillé synthétique - © GIA

Gemesis Corporation est un fabricant américain de diamants synthétiques. La société a commencé à vendre des couleurs jaunes et traitées pour les bijoux en 2002. Comme d'autres fabricants, Gemesis travaille sur des techniques pour produire des diamants synthétiques incolores en quantités commerciales. En 2003, Apollo Diamond Inc., également un fabricant américain, a annoncé une croissance réussie des diamants synthétiques suffisament gros pour la joaillerie par une technique qui ne nécessite pas de haute pression et utilise des températures relativement modestes de (730°C à 1130°C). La méthode (appelée dépôt chimique en phase vapeur ou CVD) dépose du diamant synthétique à partir d'un gaz riche en carbone sur une surface de silicium ou de diamant. Le diamant synthétique pousse alors à la surface sous la forme d'un film mince. L'épaisseur finale du diamant synthétique dépend du temps alloué pour la croissance. Jusqu'à récemment, le diamant synthétique produit par CVD n'était pas assez épais pour donner des pierres de joaillerie. Le fabricant a depuis exposé des gemmes synthétique de 0,14 ct. à 1,11 ct. Les diamants synthétiques CVD vont du brun pâle au brun foncé en passant par le gris et presque incolore. Ils peuvent contenir des points et des grains bruns ainsi que de petites inclusions noires de forme irrégulière qui peuvent faire penser à du graphite. Les pierres sont dépourvues des inclusions de métal fondu courantes dans les diamants synthétiques à haute pression. La recuisson haute pression et haute température (HPHT) des synthétiques CVD bruns peut les rendre gris clair ou incolores. Certains diamants synthétiques CVD présentent une fluorescence orange très faible à orange jaune sous UV long et une orange faible à modérée à jaune-orange sous UV court. D'autres sont inertes. Contrairement aux diamants synthétiques haute pression, les synthétiques CVD ne phosphorescent pas. Des tests avancés sont nécessaires pour les séparer des autres diamants synthétiques et, plus important encore, des diamants naturels...

Les traitements du diamant

Le forage au laser (laser drilling) : est un traitement important visant à améliorer la clarté du diamant (photo de droite). Il en résulte des trous de forage laser droits qu'il est facile d'identifier sous magnification. Les trous de forage ont généralement une section transversale ronde, tandis que les canaux naturels, qui s'étendent également vers l'intérieur à partir de la surface du diamant, sont carrés, triangulaires ou hexagonaux. Certains traiteurs utilisent une technique laser différente qui ouvre ou élargit un clivage et permet d'atteindre et de blanchir des inclusions sombres près de la surface. La plume qui résulte de ce traitement (appelé ILD) semble plus naturelle qu'un trou de forage laser traditionnel. Pour identifier ce traitement, on utilise un microscope et diverses techniques d'éclairage

Le remplissage de fracture : est un autre traitement qui améliore la clarté, et l'effet flash est un moyen de le détecter. Pour rechercher l'effet flash, il faut utiliser le grossissement et la lumière réfléchie pour trouver où la fracture atteint la surface. On passe ensuite à l'éclairage sur fond noir et on visualise la fracture présumée comblée parallèlement au plan de fracture. On bascule la pierre de manière répétée pour que l'arrière-plan passe du clair au foncé. Si la fracture est remplie, deux couleurs sont visibles et "clignottent". L'effet se produit parce que l'indice de réfraction du verre de remplissage ne correspond pas exactement à l'indice de réfraction du diamant pour toutes les longueurs d'onde de la lumière. Outre l'effet flash, on peut également voir une texture craquelée sur la surface du verre de remplissage et des bulles de gaz emprisonnées à l'intérieur.

Le traitement HPHT : Les traiteurs peuvent éliminer la couleur brune de certains diamants grâce à un traitement combinant haute pression et haute température (HPHT). L’un des effets de ce traitement est la formation de graphite autour des inclusions minérales. C'est ce qu'on appelle la graphitisation. Les clivages de certains diamants traités HPHT semblent vitreux à l'intérieur mais granuleux près de la surface. Des fissures de contrainte rayonnant vers l'extérieur entourent parfois des inclusions solides. Le traitement HPHT est le plus souvent utilisé pour rendre les diamants incolores.

La plupart des diamants traités HPHT ne présentent aucun signe visible de traitement. La détection de ce traitement nécessite souvent des tests avancés dans un laboratoire de gemmologie reconnu comme le GIA.

L'irradiation : elle consiste en une brève exposition à des électrons, à des neutrons, des rayons gamma ou une combinaison des deux dans un réacteur nucléaire. Ce traitement fait virer au vert les diamants naturels et en jaune clair les synthétiques. Un traitement thermique contrôlé ultérieur (recuisson) change le vert en orange brunâtre. Parfois, il en résulte des couleurs bleues, orange et très rarement roses, violettes ou rouges. Malheureusement, il est difficile de prédire la couleur traitée à chaque fois. Tous les diamants verts tirent leur couleur de l'exposition au rayonnement, mais le rayonnement peut être naturel ou créé en laboratoire. Dans de nombreux cas, même avec des équipements et des techniques de laboratoire sophistiqués, il est impossible de séparer naturellement les diamants verts naturels des diamants verts traités. Une couleur de diamant vert extrêmement foncé peut être créée par une expositionlongue au rayonnement dans un réacteur nucléaire. Si on tombe sur un diamant d'un vert si foncé qu'il paraît noir, on peut être à peu près sûr qu'il a été irradié. Presque tous les diamants naturellement noirs sont en fait d'un gris extrêmement foncé. 

Étant donné que les diamants ont généralement plus de valeur que les autres pierres, il est très important que tout traitement, y compris l’irradiation, soit détecté et divulgué. Cela rend le processus de test beaucoup plus complexe et long. La plupart des tests d'origine de couleur du diamant doivent être effectués par un laboratoire de gemmologie. Le test du spectre est un moyen pour un laboratoire de détecter un traitement par irradiation. Lorsqu'il est refroidi à des températures extrêmement basses, un diamant irradié et recuit peut présenter un spectre avec une fine ligne autour de 594 nm. Atteindre des températures suffisamment basses nécessite l'utilisation d'azote liquide, c'est pourquoi ce test est généralement effectué en laboratoire. Avant d'affiner les techniques d'irradiation, les diamants étaient bombardés de particules subatomiques dans un cyclotron. Sur ces pierres, le grossissement a révélé une faible pénétration et un zonage de couleur intense autour du culet. L'irradiation d'un brillant rond produit un motif en forme de parapluie. Irradiation du côté de la couronne fait que les zones de couleur dupliquent le motif à facettes qui apparaissent légèrement sous la surface. Les méthodes d’irradiation des diamants d’aujourd’hui laissent généralement peu ou pas de zonage de couleur. Si le zonage des couleurs est présent, il est subtil et difficile à détecter. Un microscope gemmologique, une lumière transmise diffuse et une immersion dans l'iodure de méthylène peuvent aider à trouver le zonage des couleurs lié à l'irradiation. Les diamants bleus naturels et synthétiques colorés par le bore conduisent l'électricité, tandis que les diamants bleus irradié ne le font pas. Les tests pour séparer les deux sont généralement effectués dans un laboratoire de gemmologie. La radioactivité n'est détectable que dans certains diamants irradiés. Les techniques d'irradiation améliorées utilisées aujourd'hui ne laissent aucune radioactivité mesurable.

Les imitations naturelles

Il existe de nombreux matériaux naturels et artificiels qui sont utilisés pour imiter le diamant. Son fort indice de réfraction, ses feux modérés, son lustre élevé et son uniréfringence permette de l'identifier. Le diamant conduit aussi bien mieux la chaleur que presque n'importe quel imitation, un testeur thermique peut donc permettre de faire facilement la différence. La seule exception est un simulant artificiel appelé moissanite, qui nécessite l'utilisation de dispositifs de test spéciaux. Seules quatre pierres naturelles (le zircon, le saphir incolore, la topaze et le quartz) ont été utilisées avec succès pour simuler le diamant incolore. Parmi ceux-ci, seul le zircon a un indice de réfraction élevé comme le diamant. On peut généralement séparer les trois autres imitations naturelles du diamant les unes des autres simplement en mesurant leur indice de réfration avec un réfractomètre. Comme le diamant, le zircon est présente un fort indice de réfraction et a des feux modérés. Mais les autres propriétés du zircon permettent de le séparer facilement du diamant. C'est un minéral biréfringent, et il a une forte double-réfraction. Le zircon présente aussi une raie d'absorption clé à 653,5 nm facile à voir avec un spectromètre optique. Un testeur thermique indique que le zircon n'est pas du diamant.

Les imitations synthétiques

Il existe plusieurs matériaux artificiels qui imitent généralement le diamant ou l'ont fait dans un passé récent. Chacun a des propriétés similaires à celles du diamant et d'autres différentes. Chacun nécessite un ou plusieurs tests pour le séparer et l'identifier.

La moissanite synthétique : présente un fort indice de réfraction comme le diamant, elle est biréfringente et montre une forte double-réfraction. La moissanite synthétique a un lustre subadamantin et des feux extrêmes. Le grossissement peut révéler des aiguilles blanchâtres ou réfléchissantes dans certains moissanite synthétique. La moissanite synthétique est le seul simulant de diamant dont la conductivité thermique est suffisamment élevée pour qu'un testeur thermique l'identifie à tort comme étant du diamant. 

Le rutile synthétique : présente également un indice de réfraction élevé, mais il est aussi biréfringent et montre une double réfraction extrême. Le rutile synthétique a un lustre subadamantin à submétallique et des feux extrêmes. Son spectre, qui montre une coupure autour de 430 nm, le distingue du diamant et des autres simulants. Un testeur thermique signale que le rutile synthétique n'est pas du diamant.

Le diamant CZ (cubic zirconia) : comme le diamant présente un fort indice de réfraction et est isotrope car cubique, on ne peut donc pas l'identifier par ses seules propriétés optiques. Mais le CZ a un lustre subadamantin, une densité plus élevée de 5,80 et une dispersion plus élevée qui lui donne de plus grands feux que le diamant. Le CZ est généralement sans inclusion, mais le grossissement révèle parfois des bulles de gaz et de l'oxyde de zirconium non fondu. Si on regarde le pavillon d'un CZ rond-brillant en fond noir et qu'on l'incline de manière répétée, la plupart des facettes présentent des flashs oranges. Le CZ émet une fluorescence jaune verdâtre ou orange jaunâtre sous UV long et jaune sous UV court. Un testeur thermique indique que CZ n'est pas un diamant.

Le saphir synthétique : présente un indice de réfraction de 1,76 à 1,77, la biréfringence de 0,008 et le caractère optique uniaxe le séparent facilement du diamant et d'autres matériaux incolores. Le saphir synthétique a un lustre poli vitreux à subadamantin et des feux faibles. Il est inerte ou émet une fluorescence blanc bleuté faible sous UV court. Le grossissement et la fluorescence peuvent séparer le saphir synthétique incolore de son homologue naturel.

Le spinelle synthétique : est  comme le diamant uniréfringent, mais son indice de réfraction de 1,73 le distingue. De plus, le spinelle synthétique a un lustre poli vitreux à subadamantin et des feux faibles. Le polariscope révèle de l'ADR et les hachures. Le spinelle synthétique émet une fluorescence d'un bleu crayeux modéré à fort ou d'un bleu verdâtre fort sous UV court et parfois d'un vert faible sous UV long. Le spinelle naturel incolore est très rare.
Double refraction d'une moissanite - © GIA
Inclusions en aiguilles d'une moissanite - © GIA
Flashs oranges des diamants CZ
© GIA

Rutile synthétique - © Jenna Clifford

Les imitations synthétiques moins courantes

Le titanate de strontium, le grenat de gadolinium gallium (GGG), le grenat d'yttrium aluminium (YAG), le quartz synthétique et le verre artificiel sont des simulants de diamant moins courants. 

Le titanate de strontium : présente un fort indice de réfraction et est uniréfringent comme le diamant, mais son lustre poli vitreux à subadamantin, ses feux extrêmes et sa faible conductivité thermique le distinguent.

Les GGG et les YAG : ces grenats synthétiques ont des indices de réfration élevé et isotrope, leur lustre est vitreux à subadamantin, et les deux s'enregistrent comme non-diamant avec un testeur thermique, mais certaines différences vous aident à les séparer les uns des autres. Les feux des GGG est modéré, tandis que ceux des YAG est faible. Les GGG émettent une fluorescence orange rose modérée à forte sous UV court, tandis que les YAG sont inertes à orange modéré sous UV long et inerte à orange faible sous UV court. La densité des YAG est de 4,50 à 4,60, tandis que celle des GGG est de 7,05. Le flash du pavillon de YAG est bleu et violet sur la plupart des facettes, tandis que celui de GGG est orange et bleu, mais ce test ne fonctionne qu'avec des brillants ronds bien proportionnés.

Le quartz synthétique : est généralement cultivé pour être utilisé dans des appareils électroniques, mais certains l'ont commercialisés sur le marché en tant que simulant de diamant. Le faible indice de réfraction  du quartz (1,54-1,55) et sa biréfringence le rendent facile à distinguer du diamant et d'autres matériaux incolores, mais pas de son homologue naturel. 

Les verres artificiels : sont uniréfringents, et d'un indice de réfraction plus faible que celui du diamant (1,47 à 1,70), l'éclat vitreux et les feux faibles à inexistant prouvent qu'il ne s'agit pas d'un diamant. Le grossissement peut révéler des bulles de gaz, des cavités de surface et des lignes d'écoulement (des caractéristiques totalement absente du diamant). Le verre à haute teneur en plomb, utilisé dans les bijoux de mode a un indice de réfraction plus élevé et plus de feux que les verres sans plomb.

Les imitations assemblées

Les pierres assemblées qui imitent le diamant comprennent des doublets de titanate de strontium couplés à du saphir synthétique incolore ou à du spinelle synthétique. Si un plan de séparation au niveau ou au-dessous de la ceinture est présent, c’est la preuve qu’il est assemblé. Si d'autres tests ne sont pas concluants, il est possible de prouver l'assemblage en trouvant les différences d'indice de réfraction entre la couronne et le pavillon.

Certains doublets utilisent le diamant comme couronne et un simulant de diamant comme pavillon. Si vous ne touchez que la couronne avec un testeur thermique, il indiquera avec précision "diamant". Pour éviter de faire cette erreur, il faut utiliser le testeur thermique sur le pavillon, puis rechercher un plan de séparation sous grossissement ou vérifiez avec une lampe UV pour voir si la couronne et le pavillon fluorescent différemment.



Dureté : 10
Densité : 3,50 à 3,53
Cassure : Irrégulière
Trace : Blanche




TP : Transparent à opaque
IR : 2,435
Biréfringence : 0
Caractère optique : Aucun
Pléochroïsme : Aucun
Fluorescence : Bleu, vert, orange


Solubilité : Insoluble

Magnétisme : Diamagnétique
Radioactivité : Aucune