• Le DIAMANT

    LE DIAMANT est un minéral composé de carbone, dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le système cristallin cubique. C’est le plus dur (dureté Mohs de 10) de tous les matériaux naturels.

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    Le mot est dérivé du grec αδαμας (adamas : « indomptable », d'adamastos : « inflexible, inébranlable », qui a également donné adamantin et adamant, ancien nom du diamant), 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) :

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    le corindon synthétique : diamant d’alumine ;
    l’hématite : diamant noir du Névada, diamant d’Alaska (hématite noire) ;
    l’obsidienne décolorée : diamant du Névada ;
    la pyrite : diamant alpin, diamant de Pennsylvanie ;
    le quartz :
    diamant de Bohême, de Briançon, de Brighton, de Bristol, de Buxton, de Hawaii ; diamant irlandais, diamant mexicain, diamant occidental ;
    diamant Marmorosch (variété de quartz) ;
    diamant d’Alaska, diamant du Brésil (cristal de roche) ;
    diamant d’Alençon, diamant allemand (quartz enfumé) ;
    diamant d’Arkansas (quartz nommé également Horatio Diamond) ;
    diamant du Colorado (quartz fumé transparent) ;
    diamant du Dauphiné, diamant de Rennes (quartz hyalin) ;
    le zircon : diamant de Ceylan (incolore), diamant de Matura (zircon décoloré).
    Il faut aussi noter qu’en France, l’usage commercial du terme diamant de culture (diamant synthétique) est interdit (cf. article gemme).

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    Histoire
    La découverte en 1793 de sa composition, du carbone pur, par Antoinegisement en russie 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.

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    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 1 100°C sous atmosphère neutre, il se transforme en graphite.

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    Structure cristalline
    Maille élémentaire d’un cristal de diamant
    Projection stéréographique de la figure de pôles d'un réseau cristallin de diamant selon l'axe 111 qui démontre sa symétrie au long de la diagonale d'espace du cube élémentaire.Dans son état naturel, le diamant possède une structure cubique à faces centrées (où un site tétraédrique sur deux est occupé) et huit atomes par maille élémentaire.

    Le volume d'une maille est de 45,37 Å3, la densité théorique est de 3,517.

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    Propriétés physiques
    Sa masse molaire est de 12,02 g·mol-1, sa masse volumique mesurée est de 3 520 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 paraît 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 2 500 W/(m·K) ont été mesurées, que l’on peut comparer aux 401 W/(m·K) du cuivre et aux 429 W/(m·K) 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 millionièmes 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.

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    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 donnent 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).

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    Formation
    Les diamants sont constitués de carbone. Ils se forment lorsque ce dernier se trouve dans des conditions de température et de pression très élevées, entre 1 100 °C et 1 400 °C, ce qui correspond à des profondeurs d'environ 180 km dans le manteau terrestre. Les impuretés telles que l'azote, le soufre ou des métaux peuvent colorer le diamant.

    Les diamants naturels sont composés de carbone qui se trouvait dans le manteau depuis la formation de la Terre, mais certains sont constitués de carbone provenant d'organismes, tels que des algues. C'est ce que révèle la composition isotopique du carbone [1]. Ce carbone organique a été enfoui jusqu'au manteau terrestre par le mouvement des plaques tectoniques, dans les zones de subduction.

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    Remontée en surface
    Les diamants d'Afrique du Sud ont été remontés par des éruptions volcaniques très puissantes. Elles ont occasionné la formation de brêches volcaniques, constituées de débris de roches à l'origine très profondes. Les diamants sont ainsi retrouvés en inclusion dans ces roches appelées kimberlites.

    L'érosion peut ensuite les transporter et les incorporer dans des sédiments alluviaux.

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    Gisements
    La plupart des diamants sont extraits de la kimberlite présente dans les zones les plus anciennes de croûte continentale (au moins 1,5 milliard d'années)[2]. Voir craton.

    Jusqu'au XVIe siècle, l'Inde et plus particulièrement la région de Golkonda (Golconde) était la seule zone de production de diamants au monde, avec la région de Bornéo. C'est en Inde qu'ont été extraits les plus célèbres diamants anciens. Puis les gisements du Brésil ont été découverts. Ils ont alimenté le marché occidental jusqu'à la fin du XIXe siècle, date de la découverte des gisements sud-africains.

    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.

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    Pays producteurs
    Exploitation traditionnelle du diamant en Sierra Leone, dans des alluvions En 2005, la production mondiale de diamants était de 173,5 millions de carats et les quatre principaux producteurs sont la Russie, le Botswana, l'Australie et la République démocratique du Congo qui produisent à eux quatre un peu plus de 73 % de la production mondiale [3].

    Production de diamants industriels naturels en 2005 [3] Pays Millions de carats % du total
    Russie 38 - 21,9
    Botswana 31,89 - 18,4
    Australie 30,678 - 17,7
    République démocratique du Congo 27 - 15,6
    Afrique du Sud 15,775 - 9,1
    Canada 12,3 - 7,1
    Angola 10 - 5,8
    Namibie 1,902 - 1,1
    Chine 1,19 - 0,7
    Ghana 1,065 - 0,6

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    Exploitation minière
    Mine de diamant d'Udachnaya (Yakoutie, Russie)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 :

    l'élimination des éléments stériles (terre et pierre qui couvre le sable diamantifère) ;
    l'extraction ;
    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 importante : généralement, des kilomètres carrés de terrain sont excavés pour obtenir une gemme de taille appréciable, d'où le coût des diamants.

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    Diamants de synthèse
    Article détaillé : Diamant synthétique.

    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.

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    Utilisation
    Outre la joaillerie, le diamant est utilisé dans l'industrie en raison de ses propriétés, notamment de dureté.

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    Industrie
    Tout d’abord, l’industrie utilise beaucoup le diamant en raison de sa dureté. Depuis les outils de coupe et d’usinage fondés sur les propriétés mécaniques du diamant, jusqu'aux enclumes à diamant permettant de recréer des pressions titanesques, 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 des incisions ultraprécises (en ophtalmologie par exemple), car le moindre effleurement découpe la peau. De surcroît, le diamant étant constitué de carbone, il est biocompatible et ne génère pas de rejet ou de toxicité.

    La chimie s’intéresse aussi fortement au diamant : il possède des propriétés qui le rendent 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 :

    de rayonnements dans des installations de recherche scientifique. Le CERN devait recevoir plusieurs mètres carrés de détecteurs en diamants synthétiques. La technologie n’ayant pas avancé assez vite, ils seront en silicium ;
    de rayonnements dans les installations de radiothérapie. Le carbone du diamant est le même que celui du corps (carbone 12 normal) et permet donc des mesures de dose plus proche de la dose réellement reçue par les tissus ;
    de produits divers, par les méthodes de type SAW (Surface Acoustic Waves), car le diamant est un très bon transducteur, grâce à sa rigidité. Il est cependant nécessaire de déposer (par des méthodes de CVD-Magnétron, notamment) un film mince de nitrure d'aluminium, qui est un piézoélectrique, au contraire du diamant. La forme du dépôt influe sur les produits détectables.
    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.

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    Joaillerie
    Bague en diamant (solitaire)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 en 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'onde (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 qui présentent des bulles internes ou des particules étrangères, ou s’ils sont de forme irrégulière ou pauvrement colorés.


    Taille
    Diamants taillés, La taille des diamants s'effectue surtout à Anvers (Belgique), à Tel-Aviv (Israël) et au Gujarat (Inde) par la communauté jaïn. En Thaïlande, ce sont les pierres précieuses (rubis et saphirs) qui sont taillées.

    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 (57 si l'on ne tient pas compte de la collette) : 33 sur la couronne et 24 sur la culasse, 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 lumière.

    Les apprentis tailleurs sont aujourd'hui très rares, la taille étant de plus en plus réalisé par des des lasers à l'aide de systèmes informatiques.

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    Couleur
    Les diamants sont aussi classés par couleur. La couleur la plus commune étant « le blanc » (ici, le blanc désigne plutôt l'absence de couleur : c’est-à-dire que le diamant est transparent). Ces couleurs sont notées grâce à un code utilisant les différentes lettres de l'alphabet :

    Code Couleur
    D Blanc exceptionnel +
    E Blanc exceptionnel
    F Blanc extra +
    G Blanc extra
    H Blanc
    I et J Blanc nuancé
    K et L Légèrement teinté
    M à Z Couleur teinté

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    Pureté
    Les diamants contiennent aussi une grande variété d'inclusions qui peuvent modifier son apparence. Une inclusion, ou impureté, est appelé un « crapaud ». Ceux-ci sont indiqués en utilisant les codes suivants :

    Code Signification
    IF (Internally Flawless) Absence d'inclusions avec un grossissement de 10 fois
    VVS1-VVS2 (Very Very Small inclusions) Minuscule(s) inclusion(s) très difficilement visible(s) à la loupe avec un grossissement de 10 fois
    VS1-VS2 (Very Small inclusions) Très petite(s) inclusion(s) difficilement visible(s) à la loupe avec un grossissement de 10 fois
    SI1-SI2-SI3 (Small Inclusions) Petite(s) inclusion(s) facilement visible(s) à la loupe avec un grossissement de 10 fois
    I1-I2-I3 (Imperfect) Grande(s) et/ou nombreuses inclusion(s) visible(s) à l'œil nu

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    Diamantaires et gemmologues
    Ce classement en catégories du diamant (les 4C) est réalisé par des professionnels. On appelle les personnes chargées de ce travail les gemmologues. Il existe peu de laboratoires mondiaux de gemmologie, les plus connus sont :

    Gemological Institute of America (GIA) à New York
    Diamond High Council (HRD) à Anvers
    International Gemological Institute (IGI) à Anvers
    American Gem Society (AGS) à New York
    Chaque diamant ainsi étudié et classé reçoit un certificat d'authenticité. Il s'agit d'un carte d'identité du diamant pour tous les échanges mondiaux qui suivront.

    Le diamantaire a contrario du gemmologue n'étudie pas la pierre précieuse mais la négocie et réalise le cas échéant une monture pour la mettre en valeur. Il ne travaille que des pierres taillées mais pas de pierres brutes.

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    Découverte récente
    Le plus gros diamant du monde a été découvert le 25 août 2007 dans une mine sud-africaine et pèserait le double du Cullinan qui pèse 3 106 carats. Le diamant a été transporté à Johannesbourg.

     

      

    Lien sources : http://tresors.vefblog.net/1.html

      

     

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