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Diamants synthétiques et imitations : zirconium et moissanite

Dossier - Les diamants, rares et envoûtants
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Le diamant, qui nous est offert par la Terre, fascine l'Homme depuis des milliers d’années. Sa formule chimique est aussi simple que possible, pourtant cette pierre transparente, colorée et mythique est pourvue de propriétés exceptionnelles.

  
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Comment sont fabriqués les diamants synthétiques ? À quoi servent-ils ? Si le cubic zirconia (dioxyde de zirconium) est facile à repérer pour un œil averti, d'autres imitations peuvent tromper les experts. C'est le cas de la moissanite.

L'industrie a songé assez tôt à employer les exceptionnelles qualités de dureté du diamant pour percer, pour scier, pour protéger le trépan de forage pétrolier ou pour la microchirurgie.

Pour fabriquer des diamants de synthèse, il suffisait de mettre du graphite à des pressions et des températures comparables à celles de la nature. C'est en Suède que l'Homme y est parvenu la première fois en 1953, mais c'est General Electric, aux États-Unis, qui a créé la filière industrielle. L'entreprise De Beers était contournée. Certes, tout ceci restait cher mais De Beers a dû s'y mettre, puis la Russie fit de même, pour ses besoins militaires et pétroliers, et c'est maintenant le cas de la Chine, qui est un gros producteur...

Ce diamant est-il un vrai ou un synthétique ? © Roman Köhler, DP

Il existe aujourd'hui des formes nouvelles. (Lire à ce sujet, notre dossier La croissance des minéraux.) L'industrie consomme 600 millions de carats par an (500 millions viennent de l'industrie, 100 millions des mines) pour 1 milliard de dollars en brut. À titre de comparaison, la bijouterie ne consomme que 20 millions de carats mais pour 8 milliards de dollars en brut.

Tête de forage. © DR

Fabrication de diamants

Un mélange de graphite et de Ni, entouré de pyrophyllite (famille du talc) et muni de contacts électriques permettant le chauffage par effet Joule, forme une chambre de réaction cylindrique qui est placée au centre d'une presse tétraédrique. Entre 1.667 et 1.728 °C, à 54 kbar, le diagramme de solidification Ni-C présente une zone fondue en présence de C cristallisé sous sa forme diamant.

Sur cette photo, le rutile se trouve sur de la pyrophyllite à grains fins. © www.fabreminerals.com, Fabre Minerals photo

Le taux de croissance est d'environ 1 mm par jour. La pyrophyllite est plastique sous haute pression et transmet de façon homogène les pressions exercées. Les diamants produits sont jaunes (azote) ou verts. Ils font moins de 1 carat. Un diamant de 14,2 carats, de bonne qualité industrielle a été produit par De Beers.

Les producteurs de diamants font aussi du nitrure de bore cubique (dureté proche du diamant) qui demande également de très hautes pressions.

Utilisations des diamants synthétiques

Les diamants synthétiques couvrent environ 90 % des besoins industriels et 70 % de la consommation française de diamant. Leur utilisation est limitée à 700 °C (graphitisation) et aux matériaux ne réagissant pas avec le carbone. Ils sont ensuite, jusqu'à 1.200 °C, remplacés par le nitrure de bore cubique.

Produits Adamax France en diamant pour la mécanique. © DR

En 1992, plus de 250.000 carats de diamants ont été utilisés pour raboter, sur 120 km, la surface d'une autoroute américaine, en Floride (1,8 million de m2 de béton).

Les diamants synthétiques sont utilisés pour l'usinage, le sciage, le forage, le polissage, pour toutes sortes de matériaux : acier, roches, béton, pierres précieuses, verre. Ils sont fabriqués sous forme de cristaux, de grains, ou en poudres pour de très nombreux secteurs industriels : automobile, aéronautique, astronautique, forages miniers, travaux publics (revêtements antidérapants), fabrication de machines, cybernétique, chirurgie et biologie (microtomes et scalpels...), les semi-conducteurs, etc.

Produits Adamax France en diamant pour l'usinage. © DR

Les États-Unis sont n° 1 mondial de la production de diamants avec 256 millions de carats en 2005, devant la Russie, l'Afrique du Sud et l'Irlande ; ils sont aussi le premier consommateur mondial avec 78,5 % de la consommation.

Les imitations : oxyde de zirconium et moissanite

Les principales imitations : 

  • anciennes : le verre, le corindon et la spinelle synthétiques ;
  • récentes : le rutile synthétique, le titanate de strontium, l'aluminate d'yttrium, l'oxyde de zirconium synthétique et la moissanite.

Le cubic zirconia (dioxyde de zirconium) est le plus utilisé à l'heure actuelle. Son faible coût, sa facilité d'approvisionnement et sa ressemblance avec le diamant font de ce produit de synthèse un matériau incontournable en bijouterie. Il est facile à détecter pour un œil averti.

Zircon naturel. © Lou Perloff, webmineral

La moissanite est apparue récemment sur le marché. Cette pierre de synthèse est dangereuse pour les professionnels car même à la loupe elle imite très bien le diamant.

Source : Société française de Chimie.