Pierres précieuses synthétiques : là où la connaissance est synonyme de pouvoir

Oct 26, 2023

Par Lauriane Lognay

Il s'agit de la deuxième partie d'une série en deux parties explorant les différents types de méthodes et de processus couramment utilisés pour créer des pierres précieuses synthétiques. Pour lire la première partie, cliquez ici.

Dans mon article précédent, j'ai expliqué quelques techniques couramment utilisées pour créer des pierres précieuses synthétiques, en abordant des méthodes telles que la fusion à la flamme, la croissance par flux, la croissance hydrothermale et Gilson. Dans ce deuxième volet, nous plongerons à nouveau dans la piscine synthétique et apprendrons à nager parmi les différentes techniques utilisées sur le marché.

Pour de nombreuses personnes travaillant dans l'industrie, les pierres précieuses synthétiques pourraient être un peu controversées ; cependant, comme le dit le vieil adage, "gardez vos amis proches et vos ennemis plus proches". En effet, en restant informé sur la myriade de méthodes utilisées pour créer ces gemmes, vous aurez plus de facilité à expliquer à vos clients comment les synthétiques sont cultivés/fabriqués et vous comprendrez mieux pourquoi ces pierres sont une grande partie de notre industrie.

Comme vous l'avez probablement remarqué, les méthodes et processus utilisés pour faire pousser des cristaux synthétiques de toutes sortes nécessitent des produits chimiques, une pression et une puissance importants. Quand on parle de gemmes « cultivées en laboratoire », le nom est un peu trompeur (c'est pourquoi je m'abstiens généralement de l'utiliser). Un surnom plus précis serait "fabriqué en usine", car les grandes usines sont généralement responsables de la fabrication de produits synthétiques.

La fabrication de ces pierres nécessite une énorme consommation d'énergie et de machines. Ceci, combiné aux gaz et vapeurs qui en émanent, rend les procédés de synthèse aussi polluants (sinon plus) pour l'atmosphère que ceux résultant des excavations en terre. Alors que certaines entreprises synthétiques ont une éthique de travail réputée, beaucoup de ces usines sont situées en Thaïlande, en Chine et dans d'autres pays à vocation industrielle. Les plus réputés se trouvent aux États-Unis, en Russie et au Royaume-Uni.

Donc, je dirai que les pierres précieuses synthétiques ne sont pas éthiques et qu'elles n'utilisent pas d'énergie propre. Par conséquent, bien que ces processus puissent produire des bijoux rentables, les pierres ne doivent pas être présentées comme « plus éthiques » que leurs homologues minées.1,2,3

Parmi les techniques moins connues de création de gemmes synthétiques, la méthode de fusion de zone est principalement utilisée dans le domaine industriel et rarement en joaillerie/gemmologie. Ce processus est principalement utilisé pour créer du corindon synthétique (saphir et rubis), du chrysobéryl (alexandrite) et du spinelle. Bien que les cristaux produits soient assez purs, nous n'avons pas tendance à voir ces synthétiques sur notre marché car les blocs de pierres précieuses créés sont trop gros pour être utilisés en joaillerie.

La méthode de fusion de zones est basée sur la création artificielle de deux zones au sein d'une machine. Dans une « pièce », la graine de cristal se transforme en un véritable cristal ; dans l'autre, qui a une température plus élevée, la solution chimique est dissoute pour obtenir le produit final pour la croissance cristalline. Les deux zones fusionnent ensuite pour créer le synthétique au choix du fabricant. (Pensez au processus comme mélanger des ingrédients dans une cuisine, puis les chauffer dans un four pour créer un gâteau.)

Comme son nom l'indique, cette méthode est basée sur le tirage de la solution cristalline. C'est l'inverse de la méthode de Verneuil (décrite dans la première partie de cette série)4 ; toutes deux utilisent la rotation de la base où se trouve la graine, mais la méthode de Czochralski tire le cristal (alors qu'à l'inverse la méthode de Verneuil le laisse croître ).

Comme la plupart des inventions, celle-ci est tombée par hasard : en 1915, alors qu'il étudiait différentes cristallisations de métaux, le scientifique polonais Jan Czochralski a accidentellement trempé sa plume dans une solution fondue à la place de son encrier. En retirant le stylo, il a remarqué qu'il dessinait avec lui un mince filament, qui s'est avéré être un cristal synthétique unique. Avec cela, la méthode Czocharlski (ou «extraction de cristal») a été inventée.

La technique est connue pour créer du corindon synthétique (saphir et rubis) et du chrysobéryl (alexandrite). De plus, c'est la seule méthode capable de créer du grenat d'yttrium aluminium (YAG) et du grenat de gadolinium gallium (GGG) (ces deux types de pierres se rencontraient assez souvent sur le marché il y a quelques années, mais beaucoup moins aujourd'hui). La méthode de tirage de cristal est également largement utilisée pour les métaux, les cristaux de métalloïdes et les gros cristaux de sel, entre autres.

Le taux de croissance varie; le rubis, par exemple, pousse d'environ 30 à 250 mm (1,18 à 9,84 po) par heure. Selon la quantité de silicone dans la cabine, la boule peut mesurer jusqu'à 1 à 2 m (39 à 78,7 po), avec des cristaux jusqu'à 110 mm (4,3 po) de diamètre.

Le germe de cristal est déposé sur un arbre tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, qui est abaissé dans la cabine jusqu'à ce que la graine soit juste en dessous de la surface de la solution fondue (la cabine où se trouve la solution fondue tourne dans le sens des aiguilles d'une montre). L'arbre contenant la graine se soulève lentement au fur et à mesure que le cristal se développe dessus.

Les inclusions restent les mêmes : quelques stries courbes (parfois dans la pierre) seront visibles, ainsi que les voiles habituels.

Le seul processus utilisé pour créer de la moissanite synthétique, la méthode de sublimation est essentiellement un transfert de vapeur.

Le carbure de silicium est vaporisé dans une chambre sous vide à 2300 C (4172 F). La vapeur passe ensuite à travers un filet de graphite poreux, se retrouve de l'autre côté de la chambre à 2200 C (3992 F), et se dépose sur le germe cristallin en rotation. Plus la température de transfert de vapeur est élevée, meilleure sera la qualité du cristal.

Le processus de synthèse de la moissanite a été lancé pour la première fois en 1997. Alors que l'on peut obtenir presque n'importe quelle couleur avec ce processus de moissanite aujourd'hui, ce n'était pas toujours le cas ; auparavant, il ne produisait que des incolores, verdâtres, jaunes ou bruns.

Les inclusions souvent trouvées dans la moissanite comprennent des aiguilles blanches ou des filaments appelés « stringers », placés parallèlement à l'axe C du rugueux. En dehors de cela, les pierres précieuses sont pures et sans pratiquement aucune inclusion visible. Ils ont également une double réfraction directionnelle. La pierre présentera donc un fort dédoublement de ses facettes et inclusions.

Les moissanites synthétiques ont une conductivité thermique élevée, ce qui signifie qu'elles peuvent être difficiles à différencier des diamants (même lorsque des outils sont utilisés). Ces synthétiques ont cependant une conductivité électrique élevée, alors que la plupart des diamants ont une faible conductivité (les types IIB sont des semi-conducteurs). Cela permet à certains testeurs de distinguer les deux. Les testeurs thermiques peuvent montrer la moissanite pour les diamants à haute pression et à haute température (HPHT) avec une nuance bleue.

Développée dans un institut de Moscou, la méthode de fusion du crâne a d'abord été inventée pour tenter de résoudre le problème du point de fusion trop élevé de la zircone cubique (CZ), même pour les creusets en platine. À ce jour, c'est la seule méthode capable de produire du CZ.

Le processus est difficile : essentiellement, la zircone cubique forme ses propres couches dans un creuset, enfermant le centre fondu, tandis que la couche externe est laissée à refroidir et à la « protéger ». La couche extérieure est refroidie à l'aide d'eau, tandis que l'intérieur fondu est chauffé via un serpentin enroulé autour d'elle. L'eau aide également à empêcher la bobine de fondre, car les températures peuvent devenir extrêmement élevées à l'intérieur du creuset. Le processus produit quelque chose qui ressemble à une meule de fromage, qui est ensuite divisée en parties plus petites.

Les zircones cubiques sont généralement sans inclusions et peuvent être trouvées dans absolument toutes les couleurs. Selon le produit chimique utilisé, les pierres peuvent afficher différentes réactions lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette (UV). Par exemple, si l'yttrium est utilisé, la couleur sous UV serait jaune (ou verdâtre) à rougeâtre. Pendant ce temps, si du calcium est utilisé, la couleur serait jaune à la lumière UV.

Avant la création des diamants synthétiques, de nombreux scientifiques souhaitaient « gagner la course » et devenir les premiers à identifier une méthode de fabrication de pierres. Des allégations de succès ont été faites entre 1879 et 1928, mais aucune n'a jamais été prouvée. Ce n'est que dans les années 1950 que les premiers prototypes de diamants synthétiques ont été fabriqués et testés. Les États-Unis étaient dans la course, aux côtés de l'Union soviétique et de la Suède.

La méthode HPHT est couramment utilisée pour créer des diamants synthétiques (en particulier des mêlées). Le processus continue d'être une technique largement utilisée principalement en raison de son coût relativement faible. (En passant : cela ne doit pas être confondu avec la méthode de traitement également appelée « HPHT », bien que ces deux méthodes fonctionnent de manière similaire.)

L'appareil BARS (également appelé «split sphere») fonctionne avec la pression de l'enclume, tandis que la procédure de Hall (courroie) utilise la pression hydraulique. Les températures atteignent entre 1200 et 1500 C (2192 et 2732 F) avec une pression d'environ 70 KPa.

Avec les diamants, il est notoirement difficile de différencier les variétés extraites et cultivées en laboratoire sans accès à un équipement approprié. Les testeurs de diamants comme les stylos et les petites machines de détection thermique ne sont pas infaillibles, il est donc recommandé d'envoyer les pierres à un gemmologue et/ou à un laboratoire réputé pour déterminer leur formation.

Il existe plusieurs types de diamants naturels, notamment les types IA, IB, IIA, IIB et IIC, ainsi que les diamants noirs, les diamants à changement de couleur, le type GRI, etc. Bien que les synthétiques d'aujourd'hui soient très impressionnants, ils ne peuvent pas être conçus pour reproduire le type IA.

Les inclusions pour ces techniques sont assez similaires : les synthétiques présenteront des inclusions métalliques et, peut-être, des zones de couleur en forme de sablier. Le diamant peut aussi être entièrement sans défaut.

Comme HPHT, CVD est utilisé dans la création de diamants synthétiques. Le résultat est souvent un large cristal en forme de disque.

Le dépôt chimique en phase vapeur est une méthode qui utilise la puissance des micro-ondes ; une précipitation de mélange gazeux d'hydrocarbures tombe sur le germe cristallin pour le faire croître. Contrairement à la technique HPHT (qui peut être produite en masse), la CVD est utilisée à plus petite échelle. Il est préféré par certains en raison de sa simplicité et de sa flexibilité. Des températures élevées ne sont pas nécessaires. De plus, on a un meilleur contrôle sur les impuretés résultantes, et moins de pression est nécessaire (environ 27 KPa au lieu des 70 KPa requis pour HPHT). Les diamants CVD peuvent être sans défaut ; ils peuvent également avoir des inclusions (par exemple des morceaux de graphite, de petits nuages ​​de poussière blanche sur un plan, des modèles de croissance visibles sous des outils comme le DiamondView).

La plupart du temps, lors de l'achat d'un diamant synthétique, les revendeurs ne connaîtront pas le type de synthétique, car cela est rarement demandé. Pour les pierres plus grosses, les rapports de laboratoire valent la peine d'être obtenus pour avoir toutes les informations nécessaires dans le dossier. L'International Gemological Institute (IGI) et le Gemological Institute of America (GIA) font partie des groupes qui font un travail remarquable dans ce domaine.

Bien sûr, à mesure que de nouvelles technologies apparaissent dans le monde, nous continuerons de voir des changements et une évolution dans notre industrie bien-aimée. Peut-être que dans quelques années, nous aurons découvert de nouvelles façons plus efficaces de cultiver des pierres précieuses et des diamants synthétiques. C'est un bel aspect de notre monde : nous n'arrêtons jamais d'apprendre !

Dans l'industrie de la joaillerie, le « savoir » est en grande partie synonyme de « force ». Quelle que soit votre position sur les synthétiques, il est primordial de les connaître pour continuer à réussir dans cette entreprise. Plus vous en saurez, mieux vous serez préparé pour éduquer les clients (en prime, vous aurez vous-même moins de chances de vous faire arnaquer en achetant à des vendeurs malhonnêtes). Nous aspirons tous à faire mieux pour notre monde (et pour nos clients, en tant que commerçants) ; vendre une histoire et partager vos vastes connaissances est presque aussi bon que les bijoux que vos clients vous achètent.

Lauriane Lognay est membre de la Gemmological Association of Great Britain (FGA) et a remporté plusieurs prix. Elle est marchande de pierres précieuses et travaille avec des bijoutiers pour les aider à choisir les meilleures pierres pour leurs créations. Lognay est propriétaire de Rippana Inc., une entreprise montréalaise œuvrant à l'international dans les services de pierres précieuses colorées, de lapidaire et de joaillerie. Elle peut être contactée par e-mail à [email protected].

1 Pour plus d'informations sur l'exploitation minière, voir « Loin de chez soi : l'extraction du saphir à Madagascar », écrit par Lauriane Lognay pour Jewellery Business. Trouvez-le en ligne ici.

2 Voir "Au-delà des quatre grands : trouver des alternatives aux pierres précieuses naturelles". Trouvez-le en ligne ici.

3 Voir « Les merveilles du Canada ». Trouvez-le en ligne ici.

4 Voir "Connaître et reconnaître les synthétiques". Trouvez-le en ligne ici.