Le diamant.

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Le diamant.

                  

       Le diamant est un minéral composé de carbone cristallisé dans le système cubique. C'est le plus dur (dureté Mohs de 10) de tous les matériaux naturels.

Étymologie

      Le mot est dérivé du grec adamas (d'adamastos, inflexible, inébranlable), qui désignait initialement le métal le plus dur, puis toute matière très dure, comme la magnétite. Il a ainsi servi à désigner une grande variété de gemmes, telles que (toutes ces dénominations sont désormais interdites, sauf indication de la provenance d'un véritable diamant) :

      Il faut aussi noter qu'en France, l'usage commercial du terme diamant de culture (diamant synthétique) est interdit (cf. article gemme).

Histoire

      La découverte en 1793 de sa composition, du carbone pur, par Antoine Lavoisier, a marqué le début de l'épopée de sa synthèse. Cependant, il a fallu attendre le milieu du XXe siècle pour qu'enfin des chimistes réussissent à le fabriquer. Dès lors, le diamant est devenu un matériau industriel dont la production annuelle atteint aujourd'hui plus de 400 millions de carats, soit 80 tonnes.

Propriétés

      Le diamant est une forme métastable du carbone dans les conditions de température et de pression normales. Il brûle dès 500 °C dans un courant d'air, mais s'il est maintenu à 1100 °C sous atmosphère neutre, il se transforme en graphite.

      Dans son état naturel, le diamant possède une structure cubique à faces centrées et huit atomes par maille conventionnelle. Sa masse volumique est de 3520 kg/m3.

       Dans l’édifice cristallin du diamant, les liaisons entre atomes de carbones résultent de la mise en commun des électrons de la couche périphérique afin de former des couches saturées. Chaque atome de carbone est ainsi associé de façon tétraédrique à ses quatre voisins les plus proches (hybridation sp3 du carbone), et complète ainsi sa couche extérieure. Ces liaisons covalentes, fortes et donc difficiles à casser, couvrent tout le cristal, d’où son incroyable dureté.

       La conductivité électrique est basse car les électrons ne se regroupent pas comme dans un métal : ils restent liés aux atomes et ne peuvent pas, par exemple sous l'action d'un champ électrique extérieur, former un nuage électronique qui transporterait le courant de façon continue. En d'autres termes, le diamant est un très bon isolant. Néanmoins, il fait l'objet d'études en tant que semi-conducteur à large bande pour l'électronique de puissance.

      La conductivité thermique du diamant est exceptionnelle, ce qui explique pourquoi il parait si froid au toucher. Ce minéral est, de loin, le meilleur conducteur connu de la chaleur. Dans un cristal isolant électrique comme le diamant, la conductivité thermique est assurée par les vibrations cohérentes des atomes du réseau. Des valeurs de 2500 W/(m.K) ont été mesurées, que l’on peut comparer aux 400 W/(m.K) du cuivre et de l’argent. Cette propriété en fait un candidat comme substrat pour le refroidissement des semi-conducteurs.

      Enfin, le coefficient de dilatation du diamant, lié aux propriétés des vibrations du réseau de ce matériau, est très faible. Pour le diamant pur, l'accroissement relatif de longueur par degré est d'environ un millionième à température ambiante, que l’on peut comparer aux 1,2 millionième de l'invar, alliage constitué de 64 % de fer et de 36 % de nickel, qui est réputé pour sa très faible dilatation. Le fer est très loin derrière, avec 11,7 millionièmes.

Propriétés optiques

      Le diamant est transparent ou translucide ; son indice de réfraction est particulièrement élevé, et varie en fonction de la longueur d'onde : ce sont ces propriétés qui lui donne son éclat caractéristique, « adamantin ». Cet indice est de 2,407 pour la lumière rouge (687 nm), 2,418 pour la lumière jaune, et 2,451 pour la lumière bleue (431 nm).

Gisements

      Jusqu'en 1896, l'Inde et plus particulièrement la région de Golkonda (Golconde) était la seule zone de production de diamants au monde. C'est en Inde qu'ont été extraits les plus célèbres diamants (voir la section Diamants célèbres).

      Depuis cette date, la plupart des diamants viennent d'Afrique (62,1 % en 1999). Cette situation a été l'origine de plusieurs guerres comme celle du Sierra Leone, où les objectifs stratégiques étaient le contrôle des principaux gisements du pays pour financer le conflit.

Les producteurs de diamants

      Voici les principaux pays producteurs de diamants :

L'exploitation minière

      Le processus d'extraction est très diversifié, puisqu'il dépend de la région dans laquelle le diamant est exploité. Mais, en général, les opérations se divisent en trois parties :

  1. l'élimination des éléments stériles (terre et pierre qui couvre le sable diamantifère)
  2. l'extraction
  3. le lavage

       Du fait du coût de l'exploitation des mines (dix tonnes de minerai permettent d'extraire seulement un carat de diamant), seules les entreprises investissent dans ces zones qui leur garantissent une production conséquente : généralement, des kilomètres carrés de terrain sont excavés pour obtenir une gemme de taille appréciable, d'où la cherté des diamants.

Les diamants de synthèse

     Depuis que l'on sait que le diamant n'est qu'une forme particulière du carbone, les physiciens et chimistes ont essayé de le synthétiser. La première synthèse artificielle du diamant eut lieu en 1953 à Stockholm par l'inventeur Baltzar von Platen et le jeune ingénieur civil Anders Kämpe travaillant dans la compagnie suédoise ASEA.

      En soumettant le carbone à une forte pression et à une haute température pendant plusieurs heures, il est possible de réaliser un diamant de synthèse. Mais en raison de leur petite taille, ces derniers ne sont utilisés que dans l'industrie.

      Il existe aussi depuis 1987 un diamant de culture indiscernable du diamant naturel, suite à de nombreuses expertises faites, selon communication de l'Ageda en collaboration avec l'Université de Barcelone, que vous pouvez consulter sur purpleshadows.com, Département Publication, in extenso. Ce n'est donc ni une synthèse ni une gemme naturelle ; sa dénomination exacte est « Diamant CPl de Culture » ; il peut être produit en toutes qualités et couleurs naturelles jusqu'à 5 800 ct.

Utilisation

L'industrie

     Tout d'abord, l'industrie utilise beaucoup le diamant en raison de sa dureté. Depuis les enclumes à diamant permettant de recréer des pressions titanesques, aux outils de coupe et d'usinage fondés sur les propriétés mécaniques du diamant, les applications en sont multiples. Cette dureté intervient aussi dans la précision que l’on peut atteindre avec des outils en diamant. Notamment, les scalpels en diamant, permettent de créer de incisions ultra précises (en ophtalmologie par exemple), car le moindre effleurement découpe la peau. De surcroît, le diamant étant constitué de carbone, il est bio-compatible et ne génère pas de rejet ou de toxicité.

      La chimie s’intéresse aussi fortement au diamant : il possède des propriétés qui le rende tout à fait approprié pour des applications en électrochimie. D’une part, il est résistant aux acides et aux bases, ce qui permet une utilisation dans des milieux corrosifs. D’autre part, les électrodes de diamant plongées dans de l’eau pure ne subissent aucune réaction électrochimique ; elles sont donc très efficaces.

     De nombreux dispositifs optiques utilisent la transparence du diamant, tandis que les dispositifs électroniques exploitent notamment ses propriétés thermiques.

     En raison de sa faible conductivité électrique, le diamant peut être utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs lorsqu'il est dopé avec des impuretés de bore ou de phosphore.

     Les diamants sont actuellement à l'étude pour une utilisation comme détecteurs :

     En revanche, et malgré leur stabilité considérable, les diamants ne peuvent pas servir dans un cœur de centrale nucléaire, car le bombardement est bien trop important et le matériau serait détruit.

      La production de diamant naturel est principalement destinée à l'industrie.

La joaillerie

      Les qualités de certains diamants (comme leur pureté, leur taille importante et leur couleur) font du diamant, la plus célèbre des pierres précieuses en joaillerie.

      La beauté de son brillant est due au fait qu'il possède un haut indice de réfraction de la lumière et un grand pouvoir dispersif : en pénétrant, les rayons de lumière sont réfléchis à l'intérieur de la pierre à l'infini et la lumière blanche se disperse, retourne à l'intérieur transformée un éventail de couleurs. Les diamants (comme les gouttes d'eau) fonctionnent comme des prismes en freinant, plus ou moins en fonction des longueurs d'ondes (violette au maximum, rouge au minimum) de façon que les couleurs soient dispersées sous forme d'arc-en-ciel.

      Mais tous les diamants ne sont pas utilisés en bijouterie. Tout défaut peut leur ôter de la valeur et ils sont alors employés pour des applications industrielles. Généralement ceci arrive avec ceux que présentent des bulles internes ou des particules étrangères, ou s'ils sont de forme irrégulière ou pauvrement colorés.

Taille

      Le degré de la beauté de l'arc-en-ciel du diamant dépend, en grande partie, de la sculpture et du poli de la pierre. Bien que naturellement les diamants aient leurs éclats propres, ceux-ci peuvent être améliorés et multipliés par la taille experte d'un lapidaire.

      Du fait de son extrême dureté, le diamant ne peut être usiné que par un autre diamant, c'est pourquoi, la sculpture et le poli de la pierre en sont les éléments les plus importants.

      Avant de le tailler, on examine la gemme pour déterminer ses plans de clivage. On trace ensuite sur elle une ligne qui marque le périmètre de ces plans. Sur celui-ci on fait une petite cannelure avec une espèce de bois qui porte dans son extrémité un diamant. Par cette ouverture, on introduit une fine lame d'acier, on donne un coup sec et la pierre se divise en deux.

      Il existe de nombreuses façons de tailler le diamant, mais la plus connue, celle qui met le mieux en valeur la beauté du diamant et qui est de ce fait la plus utilisée, est certainement la taille « brillant ». Cette technique perfectionnée permet de transformer les pierres brutes en véritables joyaux de lumière, en faisant apparaître 58 facettes, régulières et de tailles définies précisément, à la surface du diamant.

     En effet, si les notions de pureté et de couleur paraissent familières, les proportions de taille le sont plus rarement. Pourtant, ces dernières sont un facteur de qualité essentiel. Elles conditionnent directement le rendu de brillance et le « feu » du dia­mant. À couleur identique, un dia­mant possédant de bonnes proportions sera bien plus éclatant qu'un diamant pur incorrectement taillé.

      Depuis l'apparition de la taille Tolkovskyen (1919), les diamantaires n'ont cessé de chercher à optimiser le rendu de brillance du diamant. De toutes les tailles du diamant, c'est certainement la forme ronde brillant qui a été la plus étudiée et qui est la plus aboutie; aujourd'hui, les proportions appliquées à cette taille résultent directement de la compréhension des lois optiques du matériau et de la maîtrise de la tech­nique de taille et du polissage.

     Au japon est très apprécié la taille flèche et cœurs, nommée ainsi à cause des formes des jeux de lumières.

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