Les diamants de synthèse sont plus purs, plus beaux et moins chers que les diamants naturels
(worksinprogress.co)- Le diamant est un matériau formé d’un réseau tridimensionnel d’atomes de carbone, et les techniques de fabrication en laboratoire ont évolué pour produire plus vite et à moindre coût en dépassant les impuretés, coûts d’extraction et limites de qualité des diamants naturels.
- Depuis la synthèse haute pression-haute température (HPHT) réalisée par General Electric dans les années 1950, l’amélioration des solvants métalliques, des catalyseurs, des getters et du contrôle du gradient thermique a permis de produire des monocristaux de qualité gemme au-delà des seuls usages industriels.
- Le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) fait croître du carbone sur une graine de diamant à partir d’hydrogène et de méthane dans une chambre de réaction à basse pression, sans nécessiter de pressions extrêmes, ce qui facilite l’observation et le contrôle du procédé de fabrication.
- Sur le marché de la joaillerie, le prix d’un diamant de synthèse rond brillant de 1 carat, de couleur quasi incolore et de pureté VS, est passé de 5 440 dollars en 2016 à 1 325 dollars en 2024, et selon une enquête menée en 2023 auprès de couples mariés, la part des diamants de synthèse dans les bagues de fiançailles atteignait 46 %.
- Dans l’industrie, les diamants de synthèse sont utilisés pour la coupe, le perçage, l’optique, la dissipation thermique et comme matériau candidat pour les semi-conducteurs, mais pour cet usage, des problèmes de coût, taille des wafers et dopage de type n subsistent.
Propriétés du diamant et objectifs de sa fabrication en laboratoire
- Le diamant est, comme son nom issu du grec ἀδάμας l’indique, un matériau dont les atomes de carbone forment un réseau cubique ou hexagonal.
- En raison de ses liaisons fortes et de son arrangement atomique dense, c’est le matériau naturel le plus dur et l’un des plus difficiles à comprimer.
- Sa conductivité thermique et sa résistivité électrique sont toutes deux élevées, mais l’ajout de faibles quantités d’azote, de phosphore ou de bore permet d’en faire un semi-conducteur.
- Le diamant pur est incolore et présente une forte dispersion de la lumière, tandis que certaines impuretés peuvent lui donner des couleurs recherchées en joaillerie.
- Dans la nature, la formation du diamant prend des milliards d’années, et la plupart des diamants naturels contiennent trop d’impuretés pour être utilisés en joaillerie ou dans l’industrie de pointe.
- La fabrication en laboratoire permet de produire des diamants plus rapidement, plus purs et moins chers, ouvrant des usages auparavant difficiles d’accès.
La découverte du diamant comme forme du carbone
- Antoine-Laurent de Lavoisier mena en 1773, dans les jardins du Louvre, une expérience consistant à concentrer la lumière du soleil à l’aide d’une grande lentille convexe pour brûler un diamant.
- Certains diamants se sont complètement volatilisés, tandis que d’autres ont noirci en perdant de la masse.
- Lavoisier considérait que le diamant et le charbon étaient tous deux combustibles, sans pour autant conclure qu’il s’agissait de la même substance.
- Smithson Tennant fit chauffer en 1796 un diamant dans un récipient fermé en or contenant du nitrate de potassium afin de produire du dioxyde de carbone, puis en mesura la quantité.
- Constatant que la quantité de dioxyde de carbone produite était presque identique à celle obtenue en brûlant la même masse de charbon de bois, il conclut que le diamant était composé uniquement de carbone.
- Ce résultat fut accueilli avec scepticisme pendant près de vingt ans, avant d’être accepté après reproduction par d’autres scientifiques.
- Au XIXe siècle, des chercheurs tentèrent de transformer le charbon de bois en diamant à l’aide de l’évaporation, d’explosions ou de fortes chaleurs, sans succès.
L’échec d’Henri Moissan et l’orientation qu’il a laissée
- Henri Moissan tenta de synthétiser du diamant en s’appuyant sur un four à arc électrique, diverses formes de carbone et les archives géologiques.
- Observant que les diamants d’Afrique du Sud se trouvaient dans des roches remontées de couches profondes, il jugea que la pression était nécessaire à leur formation.
- De petits diamants ayant été découverts dans des masses de fer de la météorite Canyon Diablo, Moissan supposa que du carbone dissous dans du fer en fusion pouvait former du diamant lors d’un refroidissement rapide accompagné d’une contraction.
- Moissan mena des expériences où il chauffait du fer et du carbone calciné à 3 000 °C, puis les refroidissait brutalement avec de l’eau, de la limaille de fer et du plomb, croyant avoir fabriqué du diamant.
- Par la suite, d’autres chimistes ne parvinrent pas à reproduire ses résultats, et l’on soupçonna même qu’un assistant ait pu introduire des fragments de diamant naturel.
- Malgré cet échec, Moissan avait correctement identifié l’importance de la haute pression-haute température et des catalyseurs solvants métalliques dans la synthèse du diamant.
General Electric et la synthèse HPHT
- Dans les années 1950, le General Electric Research Laboratory lança à Schenectady, dans l’État de New York, le Project Superpressure pour se consacrer à la synthèse de diamants en laboratoire.
- GE s’inquiétait du coût des importations de diamants utilisés pour l’étirage des fils de tungstène destinés aux filaments d’ampoules.
- L’entreprise se dota d’une presse hydraulique de 125 000 dollars, haute de deux étages et capable de produire une pression de 1 000 tonnes.
- Howard Tracy Hall réalisa le 16 décembre 1954 une expérience avec un tube de graphite, du sulfure de fer, des disques de tantale et une graine de diamant.
- La belt press qu’il avait conçue comprimait la cellule de réaction entre deux enclumes en haut et en bas, tandis que les côtés étaient maintenus par une bande d’acier précontraint.
- L’expérience se déroula pendant 38 minutes à environ 10 GPa et 1 600 °C.
- En ouvrant la cellule, Hall vit scintiller les petites faces de cristaux octaédriques et conclut qu’un diamant fabriqué par l’homme s’était formé.
- GE reproduisit ensuite le résultat 20 fois en deux semaines, puis annonça au monde, le 15 février 1955, la synthèse de diamants en laboratoire.
- Les diamants obtenus par le procédé de Hall, de l’ordre du millième de millimètre de diamètre, n’étaient pas adaptés à la joaillerie, mais se révélèrent très utiles pour des usages industriels comme la découpe, le polissage, le tréfilage et le formage de pièces de précision.
- Les premiers diamants industriels de GE coûtaient plus cher que les naturels, mais la maîtrise fine de leur croissance permettait d’adapter leur forme et leur régularité aux besoins, et ils démontrèrent rapidement leur supériorité.
Secret-défense et progrès des technologies de presse
- Le département américain du Commerce limita la publication des détails de la belt press de Hall ainsi que les recherches supplémentaires en chimie à haute pression afin de préserver l’avance technologique des États-Unis pendant la guerre froide.
- Pendant la Seconde Guerre mondiale, les États-Unis dépendaient du cartel De Beers pour l’approvisionnement en diamants industriels, et une note de 1944 soulignait que le pays payait des prix monopolistiques pour des matériaux essentiels à la production de guerre.
- Pour améliorer la belt press, qui n’exerçait la pression que selon un seul axe, Hall conçut en 1957 une tetrahedral press exerçant la pression dans quatre directions, mais cette conception fut elle aussi placée sous secret-défense.
- Face aux objections de scientifiques et d’autres agences gouvernementales, le département de la Défense ordonna ensuite au département du Commerce de lever le secret sur la belt press et la tetrahedral press.
- Une approche plus pratique fut celle de la cubic press, où six enclumes hydrauliques appuient sur les six faces d’une cellule de réaction cubique.
- Le cube ayant un plus faible rapport surface/volume que le tétraèdre, il permet d’obtenir la pression requise avec moins de force.
- Les scientifiques soviétiques utilisèrent quant à eux un dispositif à sphère divisée plutôt qu’une presse hydraulique.
- Le principe consiste à emboîter des enclumes internes et externes autour de la cellule de réaction dans une structure sphérique, puis à appliquer la pression de toutes parts avec un fluide hydraulique afin de la concentrer sur la cellule centrale.
Chimie du procédé HPHT et contrôle des impuretés
- Les dispositifs belt press, cubic press et split-sphere diffèrent par leur mode de transmission de la pression, mais la chimie de la cellule de réaction reste la même.
- Le graphite se transforme en diamant à haute pression et haute température avec l’aide d’un solvant métallique et d’une petite graine de diamant.
- À basse pression et basse température, le graphite est la phase du carbone la plus stable.
- Le graphite a une structure en feuillets bidimensionnels, chaque atome de carbone étant lié par covalence à trois autres atomes de carbone.
- À haute pression, le diamant devient la forme du carbone la plus stable.
- Chaque atome de carbone y est lié par covalence à quatre autres atomes de carbone, formant un réseau tridimensionnel dense.
- Pour transformer directement le graphite en diamant, un changement structurel se produit dans des conditions de 15 GPa et 3 000 °C, mais comme il est difficile de maintenir une température et une pression homogènes, on obtient facilement des diamants petits et rugueux.
- Les fabricants utilisent des catalyseurs solvants métalliques pour abaisser les conditions nécessaires.
- Une graine de diamant, du graphite et un solvant métallique à base de métal de transition comme le fer sont chauffés entre 1 300 °C et 1 800 °C sous une pression de 5 à 7 GPa.
- Le métal fondu dissout le graphite et le décompose en atomes de carbone individuels.
- Si la graine est maintenue à une température plus basse que le métal, les atomes de carbone précipitent à sa surface et le diamant croît.
- Ce processus prend plusieurs semaines, mais il est plus facile à contrôler que la synthèse directe et permet d’obtenir des monocristaux plus grands, plus purs et plus homogènes.
- Les principales impuretés à contrôler dans la synthèse sont l’azote et le bore.
- L’azote donne au diamant une teinte jaune, le bore une teinte bleue.
- Des getters comme l’aluminium, le titane et le zirconium absorbent l’azote et le bore pour empêcher leur incorporation dans le réseau cristallin.
- Si l’on souhaite des diamants jaunes ou bleus, il est facile d’ajouter de l’azote ou du bore pendant la fabrication.
- Les diamants roses sont obtenus en introduisant de l’azote, puis en irradiant et en chauffant le matériau pour créer des nitrogen-vacancy centers, responsables de la couleur rose.
- Les diamants roses ont été proposés comme moyen de stocker et manipuler de l’information quantique à température ambiante.
CVD : une méthode de fabrication qui n’imite pas la nature
- Dans les années 1950, des laboratoires de recherche industrielle américains et l’Académie des sciences d’URSS ont étudié le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui ne reproduit pas les conditions naturelles de haute pression et de haute température
- Le CVD est une méthode de fabrication qui dépose un matériau solide à partir d’une vapeur en réaction chimique
- Pour fabriquer du diamant, il faut transformer le carbone en gaz à l’état atomique à haute température, puis l’amener en se refroidissant à se cristalliser selon la structure du diamant
- Dans un brevet de 1958, William Eversole d’Union Carbide indiquait qu’en chauffant du méthane ou du monoxyde de carbone à basse pression entre 900 et 1 100°C avec une graine de diamant, le diamant se déposait plus vite que le graphite
- À l’époque, c’était un résultat inattendu, car le graphite était considéré comme thermodynamiquement plus stable
- Le taux de croissance initial, d’environ 0,01µm/h, était trop faible pour une commercialisation
- L’équipe de recherche de John Angus à la Case Western Reserve University alternait des cycles de croissance et de nettoyage du graphite, et a constaté que la réaction s’accélérait quand l’hydrogène utilisé pour le nettoyage était dissocié en hydrogène atomique
- Des chercheurs soviétiques ont découvert qu’en utilisant de l’hydrogène atomique pendant la phase de croissance, on pouvait à la fois empêcher la formation de graphite et éliminer le graphite déjà formé, ce qui supprimait le besoin d’une étape de nettoyage séparée et augmentait la vitesse de croissance
- Au National Institute for Research in Inorganic Materials au Japon, Mutsukazu Kamo, Seiichiro Matsumoto, Yoichiro Sato et d’autres ont dissocié l’hydrogène en hydrogène atomique à l’aide d’un filament de tungstène chauffé, de micro-ondes et d’un arc électrique, portant la vitesse de croissance à quelques µm/h
- Cette recherche a publié des méthodes détaillées, permettant à d’autres scientifiques de les reproduire et de les étendre, ce qui a attiré entreprises, universités et instituts de recherche du Japon, des États-Unis et d’Europe
Fonctionnement des réacteurs CVD modernes
- Dans les réacteurs CVD modernes, plusieurs graines de diamant sont placées dans une chambre à vide, avec comme gaz réactif principalement de l’hydrogène et généralement moins de 1 % de méthane
- Les graines de diamant sont chauffées à 800°C–1 200°C, et des micro-ondes chauffent l’hydrogène gazeux à 2 000°C–5 000°C pour le dissocier en hydrogène atomique
- Une partie de l’hydrogène atomique réagit avec le carbone à la surface du diamant pour créer une surface terminée par hydrogène, ce qui empêche le cristal de diamant de se réorganiser en graphite
- En même temps, l’hydrogène atomique arrache un atome d’hydrogène au méthane pour créer un methyl radical, et le carbone de ce radical se lie à la surface du diamant, provoquant la croissance
- Un diamant de taille joaillerie peut demander plusieurs semaines, selon la taille visée
- Le grand avantage du CVD est que la chambre de réaction n’est pas soumise à des pressions extrêmes, ce qui facilite l’observation et le contrôle du processus de formation
- Les réacteurs CVD sont moins capitalistiques que les presses HPHT
- Les fabricants peuvent concevoir avec précision les propriétés physiques, mécaniques, thermiques et optiques en contrôlant la température, la pression, le temps de réaction et les impuretés dans les gaz réactifs
- Des améliorations comme une légère hausse de la pression dans la chambre, l’utilisation de micro-ondes plus puissantes ou l’ajout de petites quantités d’azote et d’oxygène au catalyseur ont permis de faire croître de grands diamants de qualité gemme
Comment distinguer les diamants de synthèse
- À l’état pur, les diamants de synthèse et les diamants naturels sont physiquement, chimiquement et optiquement identiques
- Les experts les distinguent en examinant les impuretés incluses pendant la formation et les motifs de croissance
- Avec les progrès des techniques de fabrication, les diamants de synthèse peuvent être produits plus purs que les diamants formés dans les profondeurs de la Terre
- Sur le haut de gamme du marché, il est impossible de distinguer à l’œil nu un diamant de synthèse d’un diamant naturel
- Les diamants naturels contiennent presque toujours de l’azote
- Une forte teneur en azote donne souvent une teinte jaune ou brune, et même dans les diamants incolores, elle peut être détectée par spectroscopie optique
- Les diamants naturels sans azote sont extrêmement rares et coûteux
- Dans les diamants de synthèse, l’azote est presque toujours exclu
- Les diamants HPHT peuvent contenir des traces du catalyseur métallique utilisé pour leur fabrication
- À forte concentration, des impuretés de fer et de cobalt peuvent être détectées même avec un aimant puissant
- Les diamants CVD contiennent parfois du graphite, visible sous forme de petits points, de comètes ou de nuages plats
- Les diamants HPHT croissent en général sous une pression uniforme, ce qui peut laisser de fines lignes de croissance marquant les directions cubiques et octaédriques
- Les diamants CVD sont cubiques, car ils se déposent en couches successives
- Comme la distinction est difficile, les organismes de certification gravent sur le bord des diamants de synthèse la mention LG ou Laboratory-Grown, visible à un grossissement de 20x
L’évolution du marché de la joaillerie
- La tradition d’utiliser des diamants pour les bagues de fiançailles s’est imposée grâce aux campagnes publicitaires du cartel De Beers
- Lorsque les ventes de diamants ont reculé pendant la Grande Dépression, De Beers a utilisé des acteurs hollywoodiens et des figures du monde mondain pour associer la bague en diamant à la demande en mariage
- Le slogan « A Diamond Is Forever » a été utilisé, avec aussi la diffusion du message selon lequel les hommes devaient y consacrer une certaine part de leur revenu
- Cette tradition a fonctionné parce que les gens voulaient un signal d’engagement socialement reconnu
- Le prix élevé était un signal coûteux de richesse et d’engagement
- À une époque, cela faisait aussi office d’assurance contre la rupture d’une promesse de mariage
- Les diamants de synthèse sont difficiles à distinguer des naturels, mais beaucoup moins chers et en baisse de prix, ce qui bouleverse l’équilibre existant
- Selon les chiffres de Paul Zimnisky, un diamant de synthèse round brilliant d’un carat, quasi incolore et avec de très légères inclusions, est passé de 5 440 dollars en 2016 à 1 325 dollars en 2024
- Le même diamant naturel est passé de 6 538 dollars à 5 035 dollars
- Selon une enquête menée par The Knot auprès de près de 10 000 couples mariés en 2023, les diamants de synthèse représentaient 46 % des bagues de fiançailles, contre 39 % pour les diamants naturels
- La part des diamants de synthèse a augmenté par rapport aux 12 % de 2019
- Le diamant restera sans doute un symbole des fiançailles, mais la pierre elle-même perdra de sa force comme symbole de richesse ou de sacrifice
- À mesure qu’il devient possible de fabriquer des diamants de synthèse plus limpides, plus incolores ou au contraire aux couleurs plus spectaculaires, les consommateurs exigent davantage sur la taille, le polissage, le design du sertissage et la qualité de fabrication
- Le motif optique hearts and arrows, visible uniquement sur un round brilliant parfaitement taillé, en est un exemple
- L’International Gemological Institute a commencé à indiquer la présence du motif hearts and arrows sur ses certificats de classement face à la hausse de la demande
Les usages actuels du diamant industriel
- La plupart des diamants sont produits non pour la joaillerie, mais pour des usages industriels
- Grâce à ses excellentes propriétés physiques, optiques, thermiques, chimiques, mécaniques et électriques, le diamant est utilisé dans la fabrication, la construction, l’exploitation minière, le médical, l’électronique et d’autres secteurs
- Les diamants naturels contiennent beaucoup d’impuretés, ce qui les rend moins performants que les diamants de synthèse dans les usages industriels
- Comme les diamants de synthèse peuvent être fabriqués de manière plus stable et à moindre coût selon des spécifications précises, ils dominent le marché industriel depuis des décennies
- Les usages les plus courants sont les arêtes de coupe dures, les forets, les outils de meulage et de polissage, ainsi que les abrasifs
- Ils peuvent être incrustés dans un revêtement métallique ou fixés sur un noyau métallique pour fabriquer des scies capables de couper la pierre, le béton, l’asphalte, la brique, le verre, la céramique et le métal
- Les forets en polycrystalline diamond sont fabriqués en fusionnant des particules de diamant à haute pression et haute température, et sont plus résistants, plus rapides et plus durables que le carbure de tungstène dans le forage pétrolier et gazier
- Dans des puits profonds de plusieurs kilomètres, remplacer un foret usé impose de remonter et démonter toute la colonne de forage
- Les forets à pointe diamant réduisent ces remplacements et permettent d’économiser des coûts
- Certaines roches extrêmement dures sont impossibles à forer sans foret diamanté
- Les forets à pointe diamant sont aussi utilisés pour percer le verre, la pierre, la céramique et les dents
- À mesure que des alliages, polymères, céramiques et composites plus résistants sont développés, le besoin en outils diamantés pour les couper et les usiner augmentera probablement
Potentiel dans l’optique et les lasers
- Le diamant est transparent, dissipe rapidement la chaleur et se dilate peu à haute température, ce qui lui donne un fort potentiel comme matériau optique
- Les lasers de haute puissance sont utilisés pour la découpe, le soudage, la détection, l’allumage et la chirurgie médicale, mais les composants actuels sont endommagés ou se dégradent sous forte chaleur, ce qui limite la puissance
- Le thermal lensing est le phénomène par lequel des températures élevées et inégales modifient la réfraction de la fenêtre optique d’un laser, dégradant la focalisation et l’alignement du faisceau
- Le diamant, grâce à sa bonne conductivité thermique, sa forte transmission optique et un indice de réfraction peu sensible à la température, convient comme matériau de fenêtre pour laser
- Le diamant peut aussi servir de heat spreader pour refroidir d’autres composants à l’intérieur du laser et augmenter ainsi la puissance maximale générable
- Des recherches sont également en cours sur l’usage du diamant comme milieu laser actif amplifiant la lumière
- Cela exige des diamants plus grands, plus purs et structurellement plus parfaits que ceux que la nature fournit
Le diamant comme matériau pour semi-conducteurs
- Le diamant est aussi prometteur comme semi-conducteur grâce à son excellente conductivité thermique et à sa large bande interdite
- La régularité du réseau cristallin du diamant et la force de ses liaisons permettent de transférer la chaleur rapidement et efficacement
- Une large bande interdite signifie qu’il peut fonctionner à haute température et sous haute tension, ce qui le rend utile pour des équipements en conditions extrêmes comme les moteurs, les tours radio, les équipements de forage, les vaisseaux spatiaux, les panneaux solaires et les réseaux électriques
- La conductivité thermique du silicium est de 1.5W/cm·K, contre 22W/cm·K pour le diamant
- Avec l’augmentation du nombre de transistors dans les microchips et la réduction de leur taille, le problème de la dissipation thermique s’est aggravé
- La chaleur réduit les performances des microchips et limite la densité de placement des transistors
- Le diamant est déjà utilisé comme
heat spreaderdans des puces existantes à base de silicium
- La bande interdite du diamant est de 5.45eV, plus large que celle du silicium à 1.1eV
- La valeur de claquage électrique est de 10mV/cm pour le diamant, contre 0.3mV/cm pour le silicium
- Le diamant est plus adapté aux usages à haute tension comme la production et la distribution d’électricité
- À tension égale, il nécessite moins de matériau, ce qui permet de fabriquer des puces plus petites
- La mobilité des électrons et des trous est également plus élevée que dans les semi-conducteurs à large bande interdite
- Les estimations conservatrices donnent une mobilité électronique de 1,000cm²/Vs et une mobilité des trous de 2,000cm²/Vs
- Des cas rapportés mentionnent aussi 4,500cm²/Vs pour les électrons et 3,800cm²/Vs pour les trous
- Le silicium présente une mobilité électronique de 1,500cm²/Vs et une mobilité des trous de 480cm²/Vs
Les défis qui restent pour le diamant destiné aux semi-conducteurs
- À l’heure actuelle, malgré les progrès récents, le diamant reste environ 10 000 fois plus cher que le silicium
- Les substrats en diamant nécessaires à la fabrication de semi-conducteurs doivent être plus grands que ce qu’il est actuellement possible de produire
- Les wafers de silicium peuvent être fabriqués jusqu’à 300mm de diamètre
- Les wafers de diamant produits par HPHT sont actuellement limités à 10mm
- Les wafers en diamant CVD peuvent être fabriqués un peu plus grands, mais leur nombre élevé de défauts réduit généralement leur utilité pour les semi-conducteurs
- Un problème plus urgent encore est le dopage
- Le diamant pur étant un isolant électrique, il faut y introduire des impuretés donneuses ou acceptrices d’électrons pour l’utiliser comme semi-conducteur
- Les semi-conducteurs en diamant de type p sont relativement peu difficiles à obtenir
- Le bore possède un électron de moins que le carbone, c’est donc un accepteur d’électrons, et il s’intègre bien au réseau cristallin lorsqu’il est introduit comme impureté pendant la fabrication
- Les semi-conducteurs en diamant de type n sont plus difficiles
- L’azote possède bien un électron excédentaire, mais l’énergie nécessaire pour l’envoyer dans la bande de conduction est très élevée
- Le phosphore est plus prometteur, mais il est plus grand que le carbone, ce qui complique son insertion dans le réseau cristallin dense du diamant, et l’énergie nécessaire pour libérer les électrons reste élevée
- Dans les semi-conducteurs en diamant de type n destinés aux hautes températures, il est plus facile d’obtenir l’énergie d’activation nécessaire, mais pour des semi-conducteurs à température ambiante, il faut un donneur d’électrons plus adapté
- La recherche d’un donneur de type n pour la température ambiante reste un problème ouvert
Conclusion : un matériau artificiel supérieur au naturel
- Dans la nature, le diamant se forme lorsque des fluides contenant du carbone cristallisent lentement sous l’effet de la chaleur et de la pression intenses au plus profond du manteau, puis des éruptions volcaniques le transportent vers la surface
- L’extraction minière est un processus sale, et il faut déplacer 1 000 tonnes de terre pour obtenir 1 carat du sol
- La plupart des diamants naturels sont peu esthétiques, décolorés et riches en impuretés
- En laboratoire, il est possible de produire des diamants plus purs, plus beaux et plus durables en moins de temps et avec moins de ressources
- Si nécessaire, on peut y introduire des impuretés spécifiques pour modifier leurs propriétés optiques, mécaniques et électriques
- Les premiers diamants de synthèse ont été fabriqués par HPHT, qui imitait le mode de formation à l’intérieur de la Terre, et ils sont aujourd’hui aussi produits par CVD, une méthode jamais observée dans la nature
- Contrairement à l’idée selon laquelle ce qui est naturel serait bon et ce qui est fabriqué par l’être humain inférieur ou nocif, la science des matériaux dispose depuis longtemps de matériaux artificiels supérieurs aux substances naturelles, comme l’acier, le plastique, le polyester, le béton, la céramique ou le verre
- Le diamant de synthèse est un autre exemple montrant que l’intelligence humaine et la méthode scientifique peuvent améliorer les résultats produits par la nature
1 commentaires
Avis de Hacker News
Bon article, qui couvre bien toute l’histoire
Le volet commercial a aussi beaucoup progressé. En cherchant "diamond making machine" sur Alibaba, on peut acheter une presse à 6 faces haute pression/haute température pour environ 200 000 dollars, et les équipements de dépôt chimique en phase vapeur sont dans les mêmes prix
De Beers, le cartel du diamant, dispose d’une organisation de R&D appelée Element Six et vend des diamants synthétiques pour des usages spécialisés, comme les lasers. Le niveau technologique est désormais tel que les défauts peuvent être réduits à l’ordre d’une partie par milliard, et qu’il est possible de fabriquer des fenêtres en diamant pour laser de 10 cm de diamètre. On est très au-delà de la qualité joaillerie
Côté diamants naturels aussi, la technologie consistant à repérer les diamants par rayons X industriels avant de concasser la roche fonctionne bien, et un diamant de 2 500 carats a récemment été découvert. TOMRA fabrique aussi des trieurs pour cet usage, et l’on en est presque à une surabondance de diamants géants, trop gros pour être utilisés en joaillerie
Les étapes finales de taille et de polissage ont elles aussi été automatisées, avec des machines venant surtout de Chine et d’Inde. Les diamants sont désormais un produit que l’on peut acheter au kilo dans des sacs en plastique
[1] https://e6-prd-cdn-01.azureedge.net/mediacontainer/medialibr...
[2] https://www.forbes.com/sites/amandakooser/2024/08/23/monster...
[3] https://ikcabstracts.com/index.php/ikc/article/download/4101...
Il a un indice de réfraction 65 % plus élevé que le verre, une conductivité thermique huit fois supérieure à celle du cuivre, et il est totalement résistant aux rayures
Une poêle composée d’une fine couche d’inox 430 compatible induction, d’un wafer de diamant, puis d’une autre fine couche d’inox permettrait sans doute une chauffe presque parfaitement uniforme, quelle que soit la source de chaleur
Plus le prix des wafers transformés augmente, plus la part du coût des wafers bruts diminue. Si l’on y ajoute la lithographie aux rayons X, la loi de Moore pourrait encore durer assez longtemps
Ces dix dernières années, le nombre de producteurs de diamants de laboratoire bon marché et de moissanite a explosé en Chine et en Inde
Il y a dix ans, il était difficile de trouver des diamants de laboratoire de haute qualité à prix raisonnable, et la moissanite était elle aussi assez chère, à 400–600 dollars le carat
Aujourd’hui, avec une concurrence féroce et une stratégie de prix tirés vers le bas, les diamants de laboratoire sont courants, de très haute qualité, et souvent à moins de 200 dollars le carat : https://detail.1688.com/offer/751071300271.html
La moissanite se vend moins de 5 dollars le carat, même au détail : https://detail.1688.com/offer/586468555080.html
J’en ai acheté moi-même, et c’était bien authentique. Je pense que d’ici dix ans, les diamants auront perdu presque toute leur valeur. La moissanite a déjà quasiment perdu toute valeur, comme les rubis synthétiques, et de nouveaux usages industriels devraient s’ouvrir pour ce type de pierres
Il existe des limes diamantées, des lames, roues et forets diamantés, et on peut aussi fabriquer du verre. À cause du prix, on les utilise surtout dans les labos qui en ont vraiment besoin, mais les usages sont plus nombreux
Pour beaucoup de ces usages, la taille, la qualité et la transparence importent assez peu. Plutôt que de dépendre des déchets ou des rebuts de la taille de pierres précieuses, on peut les produire directement et garantir l’approvisionnement
Ce qui est particulièrement appréciable avec la baisse du prix des diamants synthétiques, c’est que les roues de coupe diamantées et les limes diamantées sont devenues bon marché et courantes. On peut désormais acheter un jeu de limes diamantées sur Amazon pour moins de 10 dollars, ce qui est assez étonnant
Le fait que l’entreprise ait survécu plus de 100 ans est déjà étonnant, mais faire grimper artificiellement le prix des diamants par un marketing habile et le contrôle de l’offre n’a rien de productif
De Beers a imposé un marketing fictif autour de ces cailloux brillants dont personne ne voulait, du genre « prouvez votre valeur à la femme que vous demandez en mariage », et des gens mal informés ont été manipulés pour en acheter
Les diamants sont très courants dans l’espace, et ils le sont probablement aussi dans les profondeurs de la Terre. L’ajustement des prix est une évolution saine et bénéfique à long terme pour l’humanité. Il n’y avait rien de positif dans leur impact sur l’Afrique, par exemple, et un problème dont personne ne se souciait est en train d’être résolu par une autre voie
Elles savent déjà ce qui arrive
Il pourrait en aller de même pour les contenus créés par des humains à l’avenir. C’est une question de signal de statut : pouvoir acheter un produit inférieur et plus cher
Si vous rêvez de devenir inventeur ou ingénieur, il faut bien regarder comment Hall a été traité chez GE
Il a inventé une technologie qui changeait la donne alors que la direction lui mettait toutes sortes d’obstacles dans les roues, mais tout ce qu’il a reçu, c’est 10 % d’augmentation et une obligation d’épargne de 10 dollars
S’il l’avait fait seul, il aurait pu devenir immensément riche en fournissant des diamants synthétiques au monde entier. À condition de ne pas se retrouver en litige avec son ancien employeur, mais il aurait aussi pu continuer à développer la technologie à plein temps
Ce n’est pas parce que les gens au pouvoir disent qu’une idée n’est pas bonne qu’elle est réellement mauvaise. Bien sûr, cela ne veut pas dire non plus qu’elle est bonne, mais s’ils vous disent de ne pas la fabriquer, ne leur cédez pas une idée géniale : fabriquez-la vous-même et empochez les bénéfices quand elle se transforme en mine d’or
https://en.wikipedia.org/wiki/Shuji_Nakamura#Careers
Je pense que les diamants cultivés en laboratoire sont devenus, depuis un moment, nettement moins chers que les diamants extraits des mines. Parfois jusqu’à 2 à 3 fois moins chers
Ce qui est amusant, c’est que plus un diamant est pur — c’est-à-dire limpide et avec peu d’impuretés — plus son prix au carat augmente, jusqu’au moment où il devient trop pur et indique donc qu’il n’est pas naturel mais issu d’un laboratoire, et là son prix baisse
J’ai commencé à me renseigner sur les diamants deux ans avant de demander ma femme actuelle en mariage, et je me suis plongé dans la chimie, l’histoire et le marketing
Le diamant de laboratoire était une évidence. Pour le prix d’un 1 carat médiocre chez De Beers, j’ai acheté une énorme pierre impeccable
Mon seul regret, c’est que dans quelques années, même le prix que j’ai payé pour ce diamant semblera largement au-dessus du marché, mais il fallait bien se marier un jour. Pour nos 10 ans de mariage, je finirai peut-être par lui offrir un diamant de la taille d’une balle de golf
Je me demande aussi si votre fiancée s’attendait vraiment à un diamant, et si elle aurait été déçue par un autre objet n’ayant de valeur que pour vous deux
Elle brille beaucoup plus, coûte moins cher et, au moins dans mon entourage, elle est perçue comme tout aussi belle
Cela dit, si l’autre personne veut un « vrai diamant », même un diamant de laboratoire ne conviendra pas
L’an dernier, lorsque je me suis fiancé et que j’ai acheté la bague, je l’ai prise chez un vendeur dont le processus était assez bien rodé pour ne pas avoir à aller en boutique, et qui utilisait des gemmes cultivées en laboratoire
La qualité était assez élevée, les couleurs impressionnantes, ma fiancée a choisi un saphir rose et le prix était bien plus bas que prévu
À ce stade, je ne comprends pas vraiment pourquoi quelqu’un voudrait un « vrai » diamant. On peut obtenir une meilleure pierre pour moins cher, sans malaise éthique, et le simple fait de pouvoir assembler la gemme que l’on veut au niveau moléculaire est, du point de vue d’un geek de science, incroyablement cool
Il y a là une énergie brute et une histoire. Une cascade majestueuse conçue par des ingénieurs pour s’écouler sur une belle roche produite en usine pourrait-elle inspirer autant d’émerveillement qu’une cascade née de milliers d’années de processus géologiques ?
La phrase « les diamants de laboratoire prouvent le principe selon lequel les humains peuvent faire mieux que la nature ce que la nature sait faire » ressemble, dans un article intéressant, à l’expression d’une profonde arrogance
Les diamants naturels font déjà l’objet de ventes massives, simplement lentement. Les gens du secteur savaient depuis longtemps que ce moment arriverait
C’est le problème classique du dernier à tenir le sac
Dans certains pays, les stocks que des particuliers ou des familles ont accumulés pendant longtemps valent désormais beaucoup moins. La structure de l’industrie du diamant varie selon les pays, mais plus les négociants indépendants détiennent de stock, plus ils ont intérêt à s’opposer aux pierres synthétiques
Je l’ai vu directement en Turquie. Il y a environ un an et demi, j’ai offert à ma fiancée une très belle bague en moissanite, et quand nous l’avons montrée à des joailliers, la plupart se sont sentis obligés de jouer un numéro du genre : « Félicitations pour votre mariage, mais je ne peux traiter qu’avec de vraies pierres. Je ne devrais même pas regarder ce genre de chose »
Difficile de leur en vouloir. Beaucoup de ces boutiques familiales possèdent des stocks de diamants naturels accumulés pendant des années, valant des centaines de milliers à des millions de dollars, et voilà qu’apparaît un produit supérieur en tout point pour une fraction du prix
Dans certaines régions du monde, la résistance aux gemmes de laboratoire a même été violente. Mais l’industrie du diamant naturel est bien plus violente, et je suis heureux de voir les méthodes d’extraction du diamant devenir bientôt une chose du passé
Quand on envisage d’acheter un diamant, il faut aussi regarder la valeur de revente. Elle est lamentable
Pour un objet qui ne devrait pratiquement pas s’user, on pourrait s’attendre à ce que le prix que quelqu’un est prêt à payer après usage soit proche de son vrai prix
Cette affirmation est vraie à condition d’ajouter quelques nuances
Si l’on s’intéresse aux diamants de qualité investissement susceptibles d’être traités par les grandes maisons de vente aux enchères, on regarde alors des poids importants ou des couleurs fantaisie que les pierres synthétiques n’ont pas encore atteints
Dans le négoce du diamant, on appelle parfois « paragon » des pierres brutes parfaites ou presque parfaites de plus de 100 carats, et il existe une longue liste d’exemples célèbres, mais, à ma connaissance, les plus grosses pierres synthétiques de qualité joaillerie tournent encore autour de 30 carats. Les couleurs vives sont limitées à des tailles bien plus petites
Cela dit, d’ici quelques décennies, elles pourraient dépasser la nature. Du moins pour les diamants terrestres ; je me souviens aussi avoir lu quelque part la découverte d’un diamant cosmique de la taille de la Lune
Les prix chutent comme une pierre lâchée du haut d’une tour, et les couleurs comme le choix se multiplient. D’ici 10 ans, pour les couleurs courantes, on pourra acheter presque n’importe quel diamant moins cher qu’une pierre brute de 2 carats en 2014
Si vous aimez les énormes gemmes, on peut déjà acheter aujourd’hui de la moissanite de 1000 carats. Il y a même un exemple de 100 carats sur Amazon.com : https://www.amazon.com/Gemonite-15CT-100CT-Moissanite-Colorl...
Il y a 10 ans, c’était inimaginable. Le secteur du diamant et des pierres précieuses évolue rapidement
Les diamants n’ont jamais été aussi rares que les investisseurs veulent bien le croire, et la situation va empirer