Comment est fabriqué le diamant synthétique?
Aussi vrai que nature, le diamant synthétique est également connu comme diamant de synthèse, diamant de laboratoire ou diamant de culture.
Le diamant synthétique est fabriqué par la main de l’homme en laboratoire et est le résultat d’un processus technologique et non géologique comme pour le diamant naturel. La fabrication d’un diamant synthétique reprend la même composition chimique et les structures cristallines qu’on retrouve dans les diamants issus des profondeurs de la terre.
Dans cet article, nous vous expliquons les deux techniques utilisées par les laboratoires pour fabriquer des diamants synthétiques et décortiquons sa composition. Lisez jusqu’au bout pour découvrir qui détient le record du plus gros diamant de synthèse jamais fabriqué.
La technique haute pression, haute température (HPHT)
Le diamant synthétique peut être obtenu au bout d’un processus de synthèse nommé HPHT au cours duquel les conditions terrestres sont imitées.
Les premières tentatives pour fabriquer des diamants synthétiques ont été documentées entre 1879 et 1926, mais elles n’ont pas abouti. C’est à partir de 1940 qu’une véritable recherche systématique a commencé, ce qui a porté des fruits concrets en 1950. Le premier diamant synthétique a officiellement vu le jour en 1954.
Les étapes de la technique HPHT
- Placer les particules de carbone dans la machine de synthèse. Il s’agit d’une sorte de petite capsule qui est placée dans un appareil possédant la capacité de générer une pression très élevée.
- Dissolution du carbone lorsque le métal entre en fusion. La méthode consiste à mélanger une source abondante de carbone et de métaux de transition. Les particules de carbone sont compressées sous des températures très élevées, environ 1400°C et une incroyable pression de 58000 atmosphères.
- Germination. Pendant 12 semaines, les particules vont passer par le processus de germination afin de devenir un diamant. Au bout de ce processus, le diamant synthétique qui en découle aura poussé comme dans la nature.
- Tailler le diamant. L’étape finale consiste à tailler le diamant comme on le fait avec un diamant brut. Il peut être taillé sous toutes les formes et de toutes les manières possibles. Cependant, l’avantage de ce cristal par rapport à un diamant naturel est qu’il ne comporte pas d’inclusions, ce qui facilite la taille de la pierre. La grande majorité est de type lb.
Ceci nous amène à la seconde méthode utilisée…
La technique dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
À côté de la technique haute pression, haute température, il faut compter la technique dépôt chimique en phase vapeur (CVD) qui a émergé dans les années 1990 où un laboratoire du CNRS a commencé à se servir de cette technique pour fabriquer des diamants synthétiques.
La méthode CVC consiste à assurer la croissance du diamant couche après couche grâce à un substrat en silice ou en diamant. Le procédé CVD s’effectue dans des réacteurs en phase vapeur sous une température de 800°C.
Les étapes de la technique CVD pour fabriquer un diamant synthétique
- Introduire une couche de diamant (graine ou substrat) dans une chambre soumise à une pression de 0,1 atmosphère.
- Injecter un mélange de méthane et d’hydrogène dans des réacteurs en phase vapeur
- Ioniser le tout par le biais d’une décharge micro-onde d’une fréquence de 2,45 GHz.
- Création d’un plasma. Après cette décharge, un plasma se crée ainsi que des espèces issues des gaz précurseurs (radicaux, ions, etc.). Ces derniers sont absorbés par le substrat.
- Diffusion et réaction des espèces réactives qui engendre la formation d’une couche de diamant.
- La couche de diamant croît avec le temps. Il faut compter environ 3 semaines à un mois de culture.
- Taille du diamant. La couche formée peut être découpée et envoyée à la taille.
Les diamants synthétiques obtenus avec ce processus sont plus purs que les diamants obtenus avec la technique HPHT mais moins résistants.
La CVD est la voie la plus simple pour obtenir des cristaux incolores, bien que leur évolution soit plus lente.
Ces diamants sont de ce fait dotés d’une grande pureté, ne disposant presque pas d’inclusions minuscules de carbone. Ils ont donc pratiquement une coloration uniforme.
Quelle est la composition du diamant de synthèse?
Le diamant de synthèse se compose du même matériau que le diamant naturel, à savoir une composition d’atomes de carbone pur cristallisé sous forme isotrope en 3D. Il a la même composition chimique et physique que le diamant, et une structure cristalline identique.
Il se singularise de la pierre naturelle car celle-ci est créée lors des processus géologiques.
Au niveau de leur composition, on distingue principalement les diamants monocristallins (composés d’une unique cristallite) des diamants polycristallins (constitués de plusieurs cristaux liés). Les premiers sont utilisés en joaillerie puisque le cristal de diamant uniforme permet d’éviter sa rupture.
Les diamants de synthèse sont-ils réels?
Les diamants synthétiques sont de vrais diamants. Ils ont les mêmes caractéristiques physiques, optiques et chimiques que les diamants extraits sous terre. Ils se ressemblent tellement qu’on pourrait les confondre à l’œil nu.
Le meilleur moyen de prouver l’authenticité d’un diamant, c’est l’obtention d’un certificat délivré soit par le GIA, le HRD ou le IGI, les trois plus grands laboratoires de gemmologie au monde. Pour délivrer ce certificat, les experts de ces instituts font une analyse profonde de la pierre, pour ensuite créer sa carte d’identité sur laquelle toutes les caractéristiques sont inscrites.
Contrairement aux faux diamants, les diamants cultivés en laboratoire passent avec succès le test dans ces trois laboratoires pour obtenir leurs certificats d’authenticité.
Par ailleurs, les diamants cultivés en laboratoire ne disposent peut-être pas de la même dureté que les diamants naturels, mais bénéficient d’une meilleure longévité que la moissanite par exemple.
Combien de temps faut-il pour cultiver un diamant de laboratoire?
À l’origine, les diamants se forment dans les profondeurs de la terre durant des milliards d’années dans des conditions de chaleur et de température intenses. Mais avec les nouvelles technologies, il n’est plus nécessaire d’attendre aussi longtemps pour obtenir un diamant.
Des scientifiques ont annoncé pouvoir créer des conditions similaires en laboratoire pour obtenir des pierres précieuses en 10 semaines environ. Une amélioration de la technique de fabrication HPHT permet aux laboratoires de créer des diamants synthétiques en un mois environ.
Plus récemment encore, des scientifiques australiens ont annoncé être en mesure de produire des diamants de synthèse en quelques minutes. Ceci à température ambiante.
Quel est le record du plus gros diamant synthétique?
Grâce aux dernières innovations technologiques, les diamants produits en laboratoire sont de plus en plus ressemblants avec ceux extraits de la terre. Ils sont tellement identiques qu’il faut un matériel spécifique pour les différencier. S’il y a bien un critère permettant de les différencier, c’est leur taille.
En effet, les diamants synthétiques sont généralement de petite taille contrairement aux diamants naturels. Le Cullinan, plus gros diamant naturel du monde, fait plus de 3 106 carats (621 grammes).
Comparativement, la palme d’or du plus gros diamant produit en laboratoire revient aux chercheurs de l’université d’Augsburg. Ils ont produit un diamant de 155 carats. Le palmarès du plus gros diamant synthétique de joaillerie revient quant à lui à Courbet grâce à la vente, en 2019, d’un diamant pesant 9 carats.
Conclusion
Le diamant synthétique, fruit d’expériences en laboratoire, gagne en popularité. Grâce aux nouvelles technologies, l’amélioration des techniques de fabrication s’accélère. Les résultats sont toujours plus époustouflants.
Depuis quelques années, le diamant synthétique effectue une percée dans le domaine de la joaillerie avec le soutien des grandes marques qui veulent toucher un public plus jeune. Ses méthodes de production plus traçables et son prix plus abordable sont les principaux atouts qui favorisent son choix.