Un diamant est une roche solide de carbone et la substance naturelle la plus dure connue. Parce que les diamants possèdent également des propriétés optiques et physiques extraordinaires, des recherches intensives sont en cours sur leur utilisation dans la technologie laser et quantique.
Les diamants synthétiques ou produits en laboratoire sont « cultivés » depuis de nombreuses décennies, et le processus est désormais exceptionnel.
Chaque diamant naturel est différent et peut contenir de nombreuses impuretés provenant de la terre, ainsi que des signes de stress qui peuvent différer d’un bout à l’autre du cristal.
Cependant, chaque diamant synthétique, fabriqué dans des conditions plus contrôlées, est de qualité uniforme et les éventuelles impuretés peuvent être gérées avec plus de soin.
Que sont exactement les diamants synthétiques et comment se comparent-ils aux vrais ? Les professeurs Tracey Rushmer et Rich Mildren de l’Université Macquarie expliquent.
Pouvez-vous faire la différence entre les vrais diamants et les diamants synthétiques ?
Les diamants synthétiques sont chimiquement et physiquement identiques aux diamants naturels, et il peut être très difficile de les distinguer à l’œil nu ou même avec le verre d’un bijoutier.
Souvent, la seule façon de distinguer définitivement les diamants synthétiques des diamants naturels consiste à utiliser un équipement spécialisé qui mesure la caractéristiques moléculaires d’un diamant comme la spectroscopie d’absorption ou la photoluminescence.
Les diamants synthétisés pour les bijoux peuvent être colorés par l’introduction de certains éléments, notamment de l’azote supplémentaire pour le jaune, du bore pour le bleu ou du silicium pour les diamants roses, ou en utilisant des traitements thermiques ou d’irradiation.
Comment sont cultivés les diamants synthétiques ?
Les deux principales méthodes de croissance des diamants synthétiques sont la méthode à haute pression et haute température (HPHT) ou le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Dans la méthode HPHT, nous plaçons un petit fragment de diamant naturel pour le « germer » dans une chambre remplie de carbone et le soumettons à une pression et des températures élevées, dans une version accélérée des processus naturels qui se déroulent sur des millions d’années. . Le carbone cristallise ensuite autour de la graine, faisant croître le diamant original d’environ un millimètre par jour.
Ensuite, nous coupons un peu le nouveau diamant que nous avons créé pour la graine suivante et répétons.
La méthode CVD consiste à chauffer un mélange gazeux d’hydrocarbures et d’hydrogène dans une chambre à vide, provoquant la séparation des atomes de carbone du gaz et leur dépôt sous forme d’une couche de diamant sur une surface. Le processus peut prendre plusieurs heures pour créer une fine couche de diamant, puis être répété pour créer des couches de plusieurs millimètres d’épaisseur.
La plupart des diamants naturels ont entre un et trois milliards d’années. Ils se forment principalement dans d’anciens cratons froids – d’anciennes structures de la croûte continentale situées à 150 kilomètres ou plus sous la surface de la Terre – où les températures atteignent 650 à 1 000 °C et la pression est jusqu’à 100 000 supérieure à celle de la surface de la Terre.
Les atomes de carbone sont ensuite rassemblés sous des pressions et des températures extrêmes et se lient en cristaux qui se développent lentement sur des millions d’années. Ces conditions inhabituelles font que nous ne voyons des diamants que lorsqu’un volcan explose, les ramenant à la surface de la Terre.
La plupart des diamants naturels sont antérieurs aux premières plantes terrestres, de sorte que les diamants sont presque toujours formés à partir de roches carbonatées plutôt que de charbon comprimé.
Les efforts de synthèse des diamants ont commencé après que le chimiste anglais Smithson Tennant ait prouvé que les diamants étaient composés de carbone en 1797, et au milieu des années 1950, les scientifiques ont réussi à faire pousser des diamants en laboratoire. Le processus est devenu moins cher et plus efficace au fil du temps.
Les avancées entraînent une baisse des prix des diamants de synthèse
Le marché mondial des diamants synthétiques connaît une croissance rapide et Businesswire prévoit qu’elle atteindra 37,32 milliards de dollars d’ici 2028..
Les diamants synthétiques sont généralement beaucoup moins chers que les diamants naturels, avec des prix jusqu’à 80 % inférieurs car ils ne sont pas soumis aux contraintes d’approvisionnement et aux coûts d’extraction élevés des diamants naturels.
Le marché en croissance rapide des diamants de laboratoire taillés et polis destinés à la bijouterie a vu ses prix chuter rapidement ; les diamants d’un carat de la société de diamants synthétiques Lightbox (propriété du géant de la vente au détail de diamants naturels de Beers) étaient évalués à 800 dollars américains en 2023.
Le détaillant australien de diamants en vrac Brilliant Earth répertorie un diamant de laboratoire rond, « super idéal », d’un carat à 1 830 $, contre un diamant naturel similaire au prix de 9 435 $, soit plus de cinq fois le prix.
Des diamants en laboratoire
Cependant, en dehors du marché de consommation, les diamants ont une gamme croissante d’utilisations, avec Amazon travaille désormais avec de Beers pour produire des diamants pour des applications informatiques quantiques.
Les propriétés uniques des diamants les rendent idéaux pour les lasers, notamment leur capacité à amplifier la lumière et à traiter presque toutes les longueurs d’onde de la lumière (de la région térahertz à l’ultraviolet profond) et leur conductivité thermique supérieure qui réduit la surchauffe.
Au Centre de recherche en photonique de l’Université Macquarie, les lasers à diamant sont utilisés à des fins de recherche très diverses, depuis la détection environnementale jusqu’aux applications médicales et de santé, et même en astronomie. Des travaux sont en cours pour fabriquer des lasers à diamant de différentes longueurs d’onde (couleurs) et échelles. Augmentez la puissance des lasers diamant.
Les diamants sont également étudiés dans des applications quantiques, depuis le développement d’ordinateurs quantiques jusqu’à la création de systèmes d’imagerie à haute résolution capables de détecter des molécules individuelles.
Les diamants synthétiques ont un très large éventail d’autres utilisations ; par exemple, il existe désormais un marché pour les diamants issus des cheveux d’un être cher ou des cendres incinérées d’un être humain ou d’un animal de compagnie.
En effet, un diamant peut être cultivé à partir de n’importe quelle source de carbone et de n’importe quelle matière organique, une fois décomposé en ses composants principaux. Les chercheurs ont fabriqué des diamants à partir de toutes sortes de choses, notamment de la tequila et même du beurre de cacahuète.
Nous avons discuté de la création d’un diamant à partir de Vegemite à un moment donné – c’est techniquement possible.
Une autre utilisation importante et croissante des diamants synthétiques consiste en couches très fines qui peuvent être appliquées sous forme de film pour refroidir des composants électriques haute puissance et hautes performances, qui génèrent une chaleur substantielle lors de leur utilisation.
Les diamants présentent également un grand intérêt en tant que matériau électronique pour la technologie des transistors de nouvelle génération, un sujet qui fait également l’objet de recherches à l’Université Macquarie.