De Beers va vendre des diamants synthétiques : voici comment ils sont fabriqués

Aug 04, 2023

Professeur de physique des matériaux, Université d'Aberystwyth

Andrew Evans reçoit des fonds de l'EPSRC, de l'UE (WEFO) et d'Element Six.

L'Université d'Aberystwyth fournit un financement en tant que membre de The Conversation UK.

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La plus grande société de diamants au monde, De Beers, a récemment annoncé qu'elle commencerait à vendre des diamants synthétiques pour la première fois en 130 ans d'histoire. Les diamants artificiels sont fabriqués depuis les années 1950, mais De Beers a longtemps résisté à l'entrée sur le marché synthétique. La société estime désormais que la technologie est suffisamment efficace pour produire de grandes quantités de diamants synthétiques avec la qualité des meilleures pierres précieuses. Comment fonctionne exactement ce processus ?

Le diamant est très apprécié en tant que pierre précieuse transparente qui scintille comme aucune autre. C'est aussi l'un des matériaux les plus durs et il est froid au toucher. Tous ces attributs remarquables dépendent de l'arrangement parfaitement régulier des atomes à l'intérieur du cristal de diamant et tous ces atomes sont exactement les mêmes - ils sont du carbone.

De minuscules imperfections dans cet arrangement, qu'il s'agisse d'un atome mal placé, manquant ou d'un élément différent, peuvent entraîner d'énormes changements dans la couleur du diamant. Par exemple, remplacer un atome de carbone sur 10 000 par un atome d'azote transformerait une pierre précieuse transparente en brun.

Obtenir des atomes de carbone pour s'arranger dans ce cristal parfait n'est pas facile et cela ne peut pas se produire naturellement à la surface de la Terre car le carbone préfère ici former des cristaux de graphite, le matériau noir et doux que nous utilisons dans les mines de crayon. Dans cet environnement, les atomes de carbone ont également tendance à se fixer plus facilement à d'autres atomes tels que l'oxygène et l'hydrogène qu'entre eux. Cela signifie que même la fabrication de cristaux de graphite pur est difficile.

Les diamants naturels sont fabriqués au plus profond de la Terre où, très rarement, les bons ingrédients à la bonne température et à la bonne pression sont réunis puis transportés à la surface pendant des millions d'années. Les premiers diamants artificiels ont été fabriqués en laboratoire en reproduisant ces conditions dans d'énormes machines, et c'est encore ainsi que sont fabriqués aujourd'hui les petits diamants pour les outils de coupe industriels.

Il est également possible de fabriquer des cristaux de diamant artificiel de haute qualité en faisant croître des couches d'atomes de carbone une à la fois en utilisant du méthane. Cela se fait en éliminant l'hydrogène des molécules de méthane dans des récipients super propres à l'aide de plasmas chauds. Tout le carbone est ensuite forcé de se développer en cristaux de diamant, plutôt qu'en l'un des nombreux autres types de carbone tels que le graphite, le graphène ou le fullerène de buckminster (à moins bien sûr que vous ne souhaitiez développer des combinaisons de ces matériaux très différents).

Le défi consiste à rendre ce processus, connu sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), rentable. La De Beers pense maintenant avoir atteint ce point et prévoit d'étendre la production de son usine d'Ascot au Royaume-Uni et d'une nouvelle usine de diamants aux États-Unis.

La maîtrise de la pureté de ces cristaux ouvre également de nouvelles perspectives d'utilisation du diamant. Par exemple, il est possible d'utiliser chaque impureté atomique comme une petite torche qui produit une seule particule de lumière sans interférence de ses atomes voisins dans le cristal. Cela peut être utilisé pour stocker un seul bit d'information pour un ordinateur "quantique" spécial. Les impuretés de bore, ainsi que la production de précieux diamants bleu profond ou noir, sont utilisées pour fabriquer des diamants conducteurs d'électricité, fournissant un matériau alternatif au silicium ou aux métaux dans des conditions extrêmes comme dans l'espace.

Chaque diamant naturel porte des indices sur son histoire unique et il est possible de révéler son origine en l'inspectant avec les derniers instruments. Les diamants artificiels portent également cette information et les différences dans la façon dont ils brillent dans la lumière ultraviolette sont régulièrement utilisées pour distinguer les pierres précieuses naturelles des pierres synthétiques. Ainsi, même si la perfection du diamant ne peut être remise en question par l'œil humain, ses minuscules imperfections sont toujours là pour révéler leurs histoires cachées et leur individualité.