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Pouvoir recréer un diamant en laboratoire a été une véritable révolution pour la joaillerie en diamant. L’histoire des diamants synthétiques (ou diamants de synthèse, diamants de laboratoire) remonte à quelques décennies, leur apparition dans le monde de la joaillerie est donc récente. Les diamants synthétiques sont fabriqués intentionnellement par l'homme, mais il est important de souligner qu'il s'agit de vrais diamants, qui sont tout aussi beaux et durables que les diamants naturels. Dans cet article, vous découvrirez ce qui fait la particularité des diamants synthétiques, comment vous pouvez les reconnaître et comment ils sont créés.
Propriétés et caractéristiques des diamants synthétiques
La plupart des paramètres des diamants naturels et des diamants de laboratoire sont exactement les mêmes. Au premier coup d’œil, faire la différence à l’œil nu est impossible même avec une loupe. Les caractéristiques des diamants synthétiques ne peuvent être identifiées que par un géologue expérimenté, dans des conditions de laboratoire.
Les diamants naturels et les synthétiques ne diffèrent pas en termes de composition (ils sont tous deux constitués de carbone), de dureté (ils atteignent tous deux le grade le plus élevé de l'échelle de Mohs, soit 10) ou d'autres propriétés physiques et optiques. Ils sont tous deux aussi fragiles et se fendent parfaitement. Ils sont également identiques en ce qui concerne les postulats relatifs à la qualité de leur brillance, de leur éclat et de leur lustre. Mais alors, qu’est-ce qui les différencie finalement ? Réponse : leur origine, la durée et le mode de leur cristallisation.
Pour savoir si les diamants ont été cultivés en laboratoire ou non, il convient de comprendre la manière dont les cristaux se sont formés. En effet, la croissance dans un système cristallin laisse des lignes invisibles et d'autres traces dans la structure du minéral : la forme du cristal permet donc de déterminer l’origine du diamant.
Atouts du diamant synthétique
Les diamants produits en laboratoire présentent un certain nombre d'avantages non négligeables. D’abord, le processus de synthèse en laboratoire est beaucoup plus court par rapport à la création naturelle.
Ensuite, l’atout majeur des diamants synthétiques reste sans aucun doute leur prix : de 20 à 30 % moins élevé que les diamants d'origine naturelle. Dans certains cas, la différence peut même atteindre 50 %. Le diamant synthétique permet à l’acheteur intéressé de s’offrir une pierre précieuse transparente de grande taille et de qualité supérieure, et il obtiendra de plus une clarté et une structure interne parfaites à prix raisonnable. Et lorsqu’on choisit une bague de fiançailles, le prix est un facteur (et parfois un obstacle) majeur ! Grâce aux diamants synthétiques, on peut enfin s’offrir – ou offrir - une bague avec un gros diamant distinctif sans se ruiner.
Le diamant synthétique permet également d’influer sur la couleur souhaitée pendant la synthèse en laboratoire – la pierre ne doit pas nécessairement être incolore. La couleur peut être obtenue par l'ajout d'un certain élément chimique pendant la synthèse, ou par irradiation ou recuit post-cristallisation. Les méthodes utilisées pour produire des diamants en laboratoire sont en constante évolution, l'objectif principal étant de faire en sorte que les diamants obtenus se distinguent en termes de pureté, de brillance, de coloris (incolore) et de taille.
Enfin, il convient de mentionner également les avantages au niveau de l’impact environnemental et de la durabilité. La synthèse en laboratoire est une production bien plus ciblée : en réalité, seule une petite partie des diamants obtenus lors de l'exploitation minière est de qualité suffisamment élevée pour être utilisée en joaillerie. Dans le cas d’une production en laboratoire, l’homme peut donc considérablement influencer la qualité des pierres obtenues.
Authentification des diamants synthétiques - qu'en est-il de la certification ?
Tout bijou acheté devrait vous être remis avec son certificat d'authenticité, qui vous fournira, entre autres, des informations importantes sur les pierres qui ont été serties dans le bijou. S'il s'agit de pierres précieuses, le certificat doit également indiquer si les pierres sont d'origine naturelle ou issues de laboratoire. Pour chaque bijou KLENOTA contenant un diamant synthétique, vous recevrez un certificat d'authenticité gratuit délivré par un laboratoire de gemmologie international.
Lorsque vous achetez un diamant ou un bijou en diamant, vous devez toujours vous assurer que le diamant possède son propre numéro unique. Ce numéro se trouve sur le certificat, mais il est également gravé au laser sur la ceinture de la pierre, et permet de le retrouver dans une base de données internationale. Ce code, appelé inscription, est gravé sur le diamant par le laboratoire qui l'a évalué et en a délivré le certificat.
Si vous souhaitez comparer le prix de deux diamants avant de les acheter, vous devez absolument sélectionner des pierres qui ont été évaluées par le même laboratoire. En effet, certains laboratoires ont des échelles de classement légèrement différentes, ou bien leur classement est influencé par leurs intérêts commerciaux, puisqu'ils sont directement liés aux négociants en pierres précieuses. Les laboratoires les plus fiables sont le GIA (Gemological Institute of America) et l'IGI (International Gemological Institute).
Production des diamants en laboratoire : un peu d’histoire
Depuis toujours, les hommes ont cherché à fabriquer des matériaux précieux - idéalement en transformant d'autres matériaux moins chers (citons par exemple l'alchimie et les charlatans qui fréquentaient la cour de l'empereur Rodolphe II). Depuis, l’homme a compris que ni le fer ni le plomb ne peuvent donner de l'or – et il a même appris comment créer un diamant dans un laboratoire.
Commençons par présenter Antoine Lavoisier, père de la chimie moderne, qui a découvert que le réseau cristallin d'un diamant correspondait à la structure cristalline du carbone. C'est cette découverte qui a motivé les premières tentatives de reproduction « humaine » du diamant, tentatives qui ont rencontré le succès dès la fin du 19ème siècle. En 1892, le chimiste français Henri Moissan tente une expérience : il applique simultanément une pression et une température élevées au carbone, simulant ainsi avec précision les conditions de création « naturelle » du diamant. C’est ainsi que naît le premier diamant synthétique.
Étonnamment, les premiers efforts pour créer des diamants ne répondaient pas à une demande des bijoutiers, mais à celle de l'industrie : si les minuscules diamants qui commençaient à être produits étaient bien adaptés aux lasers, aux technologies de communication et à la microélectronique, ils ne convenaient pas à la taille des pierres précieuses et à la fabrication de bijoux. C’est avec le développement progressif de la technologie que la joaillerie a pu cueillir les fruits de ce nouveau procédé. Aujourd’hui, les diamants sont produits dans une variété de tailles et de couleurs et ornent bon nombre de bijoux.
Comment sont-ils créés ?
Les diamants synthétiques sont désormais produits selon deux méthodes différentes : la méthode CVD (dépôt chimique en phase vapeur) et la méthode HPHT (haute pression-haute température). Leur point de départ commun ? : un petit morceau de diamant qui sert de germe de cristal. Les diamants obtenus appartiennent idéalement à la catégorie IIa, qui est la plus rare dans la nature, représentant 1 % des diamants extraits. La désignation IIa signifie que la pierre est chimiquement presque ou complètement pure (c'est-à-dire qu'elle ne contient aucune impureté). Ces diamants ne sont en aucun cas colorés, ils sont purement incolores.
La méthode CVD : dépôt chimique en phase vapeur
Dans ce procédé, des atomes de gaz sont déposés en couches sur un germe de cristal - soit une petite tranche fine d'un diamant naturel ou de laboratoire poli. Ce cristal est inséré dans une chambre scellée où on injecte un mélange de gaz spécifiques riches en carbone (par exemple, du méthane). Une radiation micro-onde est ensuite déchargée dans la chambre, provoquant le réchauffement de la phase gazeuse jusqu'à la forme plasma, à environ 800-1200°C. À ce stade, les atomes de carbone se séparent complètement les uns des autres et se diffusent progressivement sur la tranche plus fraîche de la pierre, pour s’y établir puis engendrer une cristallisation.
Le diamant naissant doit ensuite être débarrassé des couches de graphite noir non diamantifère qui se sont formées sur lui au cours de sa croissance. Après avoir été poli, le cristal retourne dans la chambre pour poursuivre sa croissance. Cette opération est répétée plusieurs fois au cours du processus de cristallisation et le résultat donne un cristal plat, cubique et tabulaire.
Cette méthode permet de synthétiser plusieurs diamants en même temps, selon la taille de la chambre et le nombre de plaques de germination. La croissance des cristaux prend 3 à 4 semaines, en raison du processus de nettoyage. La taille de la chambre et le temps d'exposition affectent également la taille du diamant final. Les cristaux obtenus peuvent présenter une coloration brune qui peut être éliminée par recuit. La méthode CVD utilise généralement des températures et des pressions plus faibles que le procédé HPHT.
La méthode HPHT : haute pression haute température
Cette méthode de production de diamants est plus ancienne et est plus proche de la reproduction des conditions naturelles de formation du diamant. Trois types de presses sont utilisés dans ce principe de production : la presse à bande, la presse cubique et la presse à sphères fendues (BARS). Ces modèles de presse font généralement partie d'une presse hydraulique à haute pression.
Comme pour la méthode CVD, tout commence par un germe de diamant qui est placé dans une chambre spéciale avec catalyseur et du carbone sous forme de graphite. Les métaux de transition qui ont un point de fusion élevé, comme le manganèse, le cobalt, le nickel ou le fer, sont utilisés comme catalyseurs. La chambre de croissance est ensuite chauffée à des températures pouvant atteindre 1500 °C et soumise à une pression de 50-60 kbar (ces valeurs peuvent varier légèrement selon le type d'appareil). Le métal fond et dissout le carbone, qui migre ensuite vers le cristal germe de diamant plus froid, stimulant la croissance du diamant.
Avec la presse BARS, la pression est appliquée à deux ensembles de pièces ou d'enclumes qui forment ensemble la sphère fendue. Le premier jeu, extérieur, est en acier et comporte 8 parties. Lorsqu'il est plié en sphère, une cavité en forme d'octaèdre (polyèdre à huit côtés) se forme au milieu. À l'intérieur de cette cavité on retrouve un deuxième ensemble intérieur de six enclumes en graphite. Celles-ci forment la cavité centrale, cubique, dans laquelle se développent les cristaux de diamant. Cette cavité est plus petite que celle de la presse à bande, c’est pourquoi ces diamants-là sont souvent plus petits.
Un diamant de 1 ct formé avec une presse à bande prend un minimum de cinq jours pour croître, et la cristallisation par HPHT peut prendre plusieurs semaines. Tout dépend de la taille de diamant souhaitée et de la taille de la chambre. La production d'un diamant véritablement incolore a longtemps été problématique, car même une faible présence d'azote dans le réacteur entraînait une coloration jaunâtre. Grâce aux progrès, le problème a été éliminé et cette méthode permet désormais de produire de sublimes cristaux incolores.
Déterminer l'origine des cristaux
Les différents modes de croissance des diamants naturels, ceux créés par CVD et ceux créés par HPHT permettent de déterminer son origine. Pour cela, on examine les lignes de croissance et la fluorescence, souvent plus prononcée. Les diamants synthétiques sont parfois phosphorescents, brillant même après l'extinction d'une lampe qui les a éclairés, ce qui n'est pas le cas des diamants naturels.
On étudie également les potentielles inclusions causées par l'écoulement du graphite et des métaux en fusion : en effet, les métaux qui n'entrent pas dans la réaction en tant que catalyseurs peuvent pénétrer dans le cristal et y rester. Ils apparaissent alors comme des taches noires et, selon l’angle, ont un éclat métallique. Sur les diamants créés par CVD, les éventuelles inclusions sont plutôt constituées de graphite, qui est également noir mais qui ne présente pas d'éclat métallique.
La répartition des couleurs peut également être un facteur déterminant important. Dans les cristaux HPHT, sauf s’il s’agit d'un diamant pur, il est possible d'observer un zonage géométrique des couleurs causé par la concentration des éléments au fur et à mesure de la croissance du cristal. Dans les diamants créés par CVD, la distribution des couleurs tend à être uniforme. Les diamants d'origine naturelle peuvent également présenter des zones de couleur, mais contrairement aux cristaux HPHT, ces zones ne seront pas réparties de manière géométrique mais aléatoire.
La présence (et surtout la combinaison) d'éléments qui se trouvent dans le cristal et qui colorent habituellement le diamant d'une certaine manière est un fort indicateur de l’origine du diamant : en effet, certains éléments n'apparaissent pas naturellement « ensemble » de cette manière.
Ensuite, on peut citer la déformation du réseau cristallin, qu’on examine à l'aide de filtres polarisants. Dans un diamant naturel, le réseau est souvent déformé en une structure en mosaïque car le diamant effectue un long et sinueux parcours jusqu'à la surface de la Terre, parcours au cours duquel il est soumis à différentes pressions de différents côtés. Dans le cas d’un diamant créé par HPHT, on observe peu de déformation car la pression est appliquée uniformément de tous les côtés pendant la formation du cristal. Enfin, sur un diamant créé par CVD, les déformations se présentent plutôt sous la forme de stries.
Il convient d’insister sur le fait que tous les diamants ne présentent pas forcément des différences dans toutes les catégories. Pour déterminer avec certitude l’origine d’un diamant, il est donc important d'analyser autant de caractéristiques que possible. La forme du cristal d'origine représente la caractéristique d'identification fondamentale : les diamants naturels ont la forme d'un octaèdre, donc la croissance du cristal a eu lieu sur huit faces différentes, c'est-à-dire dans huit directions différentes. La méthode CVD utilise un petit carré de diamant comme germe, de sorte que le cristal ne croît que sur une seule face, ce qui donne un cristal tabulaire plat. Les diamants HPHT présentent des surfaces de croissance cubiques en plus des surfaces octaédriques.
Le laboratoire américain indépendant GIA dispose d'une énorme base de données sur les différents cristaux de diamant et leurs caractéristiques gemmologiques, soit une ressource considérable pour identifier l’origine et la croissance des diamants. Le laboratoire dispose également de sa propre technologie CVD pour diamants, qui fournit des informations supplémentaires et améliore le processus de détermination de l'origine. Le GIA possède des équipements de haute technologie qui lui permettent de tester de manière fiable même de très petits diamants.
Le saviez-vous ?
Le laboratoire IGI a délivré un certificat pour un diamant créé en laboratoire qui pesait 14,6 ct après avoir été taillé, ce qui en fait l'un des plus gros diamants créés par la méthode CVD. Il a été certifié IIa, ce qui est assez typique pour ce type de diamant. Sa couleur a été classée F et sa pureté VS2. Sa taille émeraude atteint 13,5 × 13,2 × 8,93 mm. Fabriqué par Ethereal Green Diamond, une société basée à Mumbai, ce diamant porte le nom de Freedom of India.
Nous avons mentionné plus haut que les métaux ajoutés comme catalyseurs dans le réacteur HPHT peuvent parfois pénétrer dans le cristal de diamant et y rester piégés, devenant alors des inclusions classiques qui apparaissent sous forme de points noirs. Si ces inclusions métalliques sont nombreuses, le diamant peut réagir aux aimants et être attiré par eux.
Ainsi, même les diamants ont leurs caméléons : il existe des diamants naturels qui changent de couleur en fonction de la chaleur extérieure ou de l'environnement lumineux. Le plus souvent, on observe une modification du vert au jaune, plus rarement l'inverse. Le GIA a également eu l'occasion d'examiner un diamant créé par la méthode HPHT, classé Fancy Vivid Pink. Ce diamant est passé du rose à l'orange lorsqu'il a été exposé à une lumière UV à ondes courtes. Il a retrouvé sa couleur d’origine en quelques minutes à peine.
Et son histoire ne s’arrête pas là… le diamant synthétique, véritable fruit du progrès technologique, nous réserve sans doute bien d’autres surprises !
