Les minéraux

Diamant



La pierre précieuse la plus populaire. La substance connue la plus dure. Un nombre incroyable d'utilisations.


Cristal de diamant: Un cristal de diamant de qualité gemme dans la roche dans laquelle il a été formé. Il s'agit d'un cristal octaédrique avec des caractéristiques de dissolution triangulaire à sa surface et un poids estimé à environ 1,5 carat. De la mine Udachnaya, Yakoutie, Sibérie, Russie. Spécimen et photo par Arkenstone / www.iRocks.com.

Qu'est-ce que le diamant?

Le diamant est un minéral naturel rare composé de carbone. Chaque atome de carbone dans un diamant est entouré de quatre autres atomes de carbone et relié à eux par de fortes liaisons covalentes - le type de liaison chimique le plus fort. Cette disposition simple, uniforme et étroitement liée donne l'une des substances les plus durables et les plus polyvalentes connues.

Le diamant est la substance naturelle la plus dure connue. Il est également chimiquement résistant et possède la conductivité thermique la plus élevée de tous les matériaux naturels. Ces propriétés le rendent approprié pour une utilisation en tant qu'outil de coupe et pour d'autres utilisations où la durabilité est requise. Le diamant possède également des propriétés optiques spéciales telles qu'un indice de réfraction élevé, une dispersion élevée et un éclat élevé. Ces propriétés contribuent à faire du diamant la pierre précieuse la plus populaire au monde et lui permettent d'être utilisé dans des verres spéciaux où la durabilité et la performance sont requises.

Parce que le diamant est composé de l'élément carbone, beaucoup de gens pensent qu'il doit s'être formé à partir du charbon. Ceci est encore enseigné dans de nombreuses salles de classe - mais ce n'est pas vrai!

Propriétés physiques du diamant

Classification chimiqueÉlément natif - Carbone
CouleurLa plupart des diamants sont de couleur brune ou jaune. L'industrie de la joaillerie a privilégié les diamants incolores ou ceux qui ont une couleur si subtile qu'il est difficile de la remarquer. Les diamants aux teintes vives de rouge, orange, vert, bleu, rose, violet, violet et jaune sont extrêmement rares et se vendent à des prix élevés. Quelques diamants blancs, gris et noirs sont également taillés et utilisés comme gemmes. La plupart des diamants de qualité industrielle sont des cristaux bruns, jaunes, gris, verts et noirs qui n'ont pas la couleur et la clarté pour être un joli bijou.
TraînéeLe diamant est plus dur qu'une plaque de strie. Sa séquence est connue comme "aucune" ou "incolore"
LustreAdamantine - le plus haut niveau de lustre pour un minéral non métallique.
DiaphanéitéTransparent, translucide, opaque.
ClivageClivage octaédrique parfait dans quatre directions.
Dureté Mohs10. Le diamant est le minéral le plus durement connu. Cependant, la dureté du diamant est directionnelle. Il est le plus dur parallèle à ses plans octaédriques et le plus doux parallèle à ses plans cubiques.
Gravité spécifique3,4 à 3,6
Propriétés de diagnosticDureté, conductivité thermique, forme cristalline, indice de réfraction, gravité spécifique et dispersion.
Composition chimiqueC (carbone élémentaire)
Crystal SystemIsométrique
Les usagesPierres précieuses, abrasifs industriels, fenêtres diamantées, dômes d'enceintes, dissipateurs thermiques, microbearings à faible friction, pièces résistantes à l'usure, matrices pour la fabrication de fils.

Consommation de diamants aux États-Unis
En 2018, les importations de diamants aux États-Unis pour la consommation ont totalisé environ 26 milliards de dollars. Les importations pour la consommation de toutes les pierres précieuses non diamantées ont totalisé environ 2,0 milliards de dollars. Ces statistiques montrent clairement que le diamant est la pierre précieuse la plus populaire auprès des consommateurs américains par une énorme marge. Les États-Unis représentaient environ 35% de la consommation mondiale de diamants, ce qui en fait le premier consommateur de diamants.

Comment se forment les diamants?

Les diamants ne sont pas originaires de la surface de la Terre. Au lieu de cela, ils se forment à des températures et des pressions élevées qui se produisent dans le manteau terrestre à environ 100 miles sous la surface de la Terre.

Comment se forment les diamants?
Un article détaillé qui explique les quatre sources de diamants trouvées à la surface de la Terre.

La plupart des diamants qui ont été découverts ont été livrés à la surface de la Terre par des éruptions volcaniques profondes. Ces éruptions commencent dans le manteau et, en remontant, elles arrachent des morceaux de roche du manteau et les livrent à la surface de la Terre sans fondre. Ces blocs du manteau sont appelés xénolithes. Ils contiennent des diamants qui se sont formés aux conditions de température et de pression élevées du manteau.

Les gens produisent des diamants en extrayant la roche qui contient les xénolithes ou en extrayant les sols et les sédiments qui se sont formés lorsque les roches diamantifères ont disparu.

On pense que certains diamants se forment dans les conditions de haute température / pression des zones de subduction ou des sites d'impact des astéroïdes. Certains sont livrés à la Terre dans des météorites. Aucune mine de diamants commerciale n'a été développée dans des gisements de ces origines.

Le saviez-vous? Les diamants sont extraits au Canada et en Arkansas.

Principaux producteurs de diamants: Ce graphique montre la production annuelle estimée de diamants de qualité gemme, en millions de carats, pour les principaux pays producteurs de diamants au monde. Graphique par. Données des résumés des produits minéraux de l'USGS. Découvrez les pays qui produisent des diamants.

Diamants gemmes vs diamants industriels

Les diamants gemmes sont des diamants dont la couleur et la clarté les rendent adaptés à la joaillerie ou à l'investissement. Ces diamants sont rares et ne représentent qu'une petite partie de la production mondiale de diamants. Les diamants gemmes sont vendus pour leur beauté et leur qualité.

Les cristaux de diamant naturel ont une densité qui se situe entre environ 3,4 et 3,6. Cette gamme existe parce que la plupart des diamants contiennent des impuretés et ont des irrégularités dans leur structure cristalline. Les diamants de qualité gemme sont les diamants les plus parfaits, avec un minimum d'impuretés et de défauts. Ils ont une gravité spécifique très proche de 3,52.

Les diamants industriels sont principalement utilisés dans les procédures de coupe, de meulage, de perçage et de polissage. Ici, les caractéristiques de dureté et de conductivité thermique sont les qualités achetées. La taille, la clarté, la couleur et d'autres mesures de qualité pertinentes pour les pierres précieuses ne sont pas aussi importantes. Les diamants industriels sont souvent concassés pour produire des poudres abrasives de taille micron. De grandes quantités de diamants de qualité gemme mais dont la forme ou la taille ne peuvent être coupées de manière rentable entrent dans le commerce industriel des diamants.

Une démonstration de dispersion: Comment la lumière blanche est séparée en ses couleurs composantes en passant à travers un prisme. Les diamants ont une dispersion élevée. Image de la NASA.

Feu de diamant: Un diamant rond brillant taillé "feu".

Le diamant comme pierre précieuse

Les diamants sont les pierres précieuses les plus populaires au monde. Beaucoup plus d'argent est dépensé pour les diamants que pour toutes les autres pierres précieuses combinées. Une partie de la raison de la popularité du diamant est le résultat de ses propriétés optiques - ou de la façon dont il réagit avec la lumière. D'autres facteurs incluent la mode, la coutume et le marketing agressif des producteurs de diamants.

Les diamants ont un lustre très brillant - le lustre non métallique le plus élevé - connu sous le nom de «adamantine». Leur éclat élevé leur donne la capacité de réfléchir un pourcentage élevé de la lumière qui frappe leur surface. C'est une propriété qui donne aux pierres précieuses de diamant leur "éclat". Et, lorsqu'un diamant est façonné en gemme, les angles des facettes sont prévus pour refléter une quantité maximale de lumière de ses surfaces internes.

Le diamant a également une dispersion élevée. Lorsque la lumière blanche passe à travers un diamant, cette forte dispersion fait que cette lumière se sépare en ses couleurs composantes. La dispersion est ce qui permet à un prisme de séparer la lumière blanche dans les couleurs du spectre. Cette propriété de dispersion donne aux diamants leur «feu» coloré.

Diamants Argyle: Cristaux de diamant octaédriques de la mine Argyle d'Australie occidentale. La mine Argyle produit des diamants dans une large gamme de couleurs. La plupart des diamants Argyle sont bruns, certains sont presque incolores et un nombre très rare est rouge, rose, bleu ou violet. La mine Argyle est le seul producteur constant de diamants roses au monde. Des diamants rouges, bleus et violets rares se trouvent également à Argyle.

Diamant Gemstone Quality

La qualité d'un diamant qui a été facetté en gemme est principalement déterminée par quatre facteurs: la couleur, la taille, la clarté et le poids en carats. Une méthode normalisée d'évaluation de la qualité des diamants a été mise au point dans les années 1950 par le Gemological Institute of America et est connue sous le nom de "Les 4C de la qualité des diamants" 5.

Couleur: La plupart des diamants de qualité gemme vont de l'incolore au légèrement jaune, brun ou gris. Les diamants les plus appréciés et les plus précieux sont ceux qui sont complètement incolores. Ce sont ceux qui sont vendus aux prix les plus élevés. Cependant, une autre catégorie de pierres précieuses en diamant gagne en popularité. Ce sont des diamants colorés, qui se présentent dans une variété de teintes, y compris le rouge, le rose, le jaune, l'orange, le violet, le bleu, le vert et le brun.

Diamants de couleur fantaisie
Un article sur la popularité des diamants colorés et comment ils obtiennent leurs merveilleuses couleurs.

La valeur des diamants colorés est basée sur l'intensité, la pureté et la qualité de leur couleur. Ceux qui ont une couleur saturée et vive sont appelés «diamants de couleur fantaisie» ou «fantaisies». En moyenne, un seul diamant sur 10 000 a une couleur qui mérite la désignation «fantaisie». Cette rareté rend les diamants de couleur fantaisie extrêmement précieux. Certains d'entre eux se sont vendus aux enchères pour plus d'un million de dollars par carat. Ils font partie des diamants les plus précieux et les plus spectaculaires au monde.

Clarté: Le diamant idéal est exempt de fractures et d'inclusions (particules de matières étrangères dans la gemme). Ceux-ci nuisent à l'apparence de la gemme et interfèrent avec le passage de la lumière. Lorsqu'elles sont présentes en grand nombre, les couleurs sombres, les positions ou tailles évidentes dégraderont considérablement l'apparence d'une gemme taillée et diminueront sa valeur. Ils peuvent également réduire la résistance de la pierre.

Couper: La qualité du design et de l'artisanat utilisés pour tailler un diamant est ce qui détermine son apparence. Les angles de coupe des facettes, les proportions du dessin et la qualité du polissage déterminent son aspect face visible, sa brillance, sa scintillation, son motif et son feu. Les pierres idéales sont parfaitement polies pour être hautement réfléchissantes et émettre un maximum de feu. Les faces à facettes correspondantes sont de taille égale et de forme identique. Et, les bords de chaque face facettée se rencontrent parfaitement avec chacun de ses voisins.

Carat: Les diamants sont vendus au carat (une unité de poids égale à 1 / 5ème de gramme ou 1 / 142ème d'once). Les petits diamants coûtent généralement moins par carat que les grosses pierres de qualité égale. En effet, les très petites pierres sont très courantes et les grosses pierres sont exceptionnellement rares.

Diamants industriels: Petits diamants de moins de 1 millimètre qui conviennent à la fabrication de granulés abrasifs à usage industriel. Les diamants industriels peuvent être polycristallins, avoir de nombreuses inclusions, avoir une clarté médiocre, contenir des fractures, avoir une petite taille ou avoir d'autres caractéristiques qui les disqualifient des utilisations de pierres précieuses ou technologiques.

Cristal de diamant cubique: Un cristal de diamant vert. La couleur et la forme du cristal cubique sont naturelles. De nombreux cristaux de diamant naturel sont de forme cubique ou octaédrique. Ce diamant mesure environ 4 millimètres de diamètre et convient à une utilisation industrielle.

Foret diamant: Un foret utilisé dans le forage de puits de pétrole. Chacun des conseils de coupe a de petits grains de diamant incrustés dans le métal. Ceux-ci se frayent un chemin à travers le rocher au fur et à mesure que le mors tourne.

Scie à béton diamant: Une scie à béton avec une lame de diamant d'environ trois pieds de diamètre. Les scies de ce type sont généralement coupées sous un jet d'eau qui refroidit la lame, élimine les boutures et empêche la production de poussière en suspension dans l'air. Les scies de ce type sont courantes lorsque des travaux routiers ou d'autres travaux de béton sont effectués. Image de l'US Air Force.

Diamants utilisés comme abrasifs

Parce que les diamants sont très durs (dix sur l'échelle de Mohs), ils sont souvent utilisés comme abrasifs. La plupart des diamants industriels sont utilisés à cette fin. De petites particules de diamant sont incrustées dans les lames de scie, les forets et les meules. Ces outils sont ensuite utilisés pour couper, percer ou meuler des matériaux durs. Ils peuvent également être broyés en une poudre fine et transformés en une "pâte de diamant" qui est utilisée pour un broyage ou un polissage très fin.

Dès le XVIe siècle, les tailleurs de pierres précieuses ont commencé à utiliser de petites particules de diamant pour couper et polir d'autres diamants. Le diamant est le seul abrasif qui peut faire ce travail. Aujourd'hui, au 21e siècle, les lasers sont utilisés pour tailler de nombreux diamants, mais de petites particules de diamant sont toujours utilisées pour tous les polissages au diamant.

Diamants Carbonado
sont une variété rare de diamants. Ils ont la même dureté que le diamant mais sont beaucoup plus résistants car ils sont polycristallins.

La demande mondiale de diamants industriels dépasse largement l'offre qui peut être obtenue grâce à l'exploitation minière. Une pénurie d'abrasifs diamantés a commencé à se produire pendant la Seconde Guerre mondiale. Dans les années 1950, des méthodes de production de diamants synthétiques ont été découvertes. Bientôt, les méthodes de fabrication des diamants synthétiques étaient si efficaces que les abrasifs pour diamants synthétiques étaient disponibles de manière plus fiable et moins chers que les abrasifs pour diamants fabriqués à partir de diamants naturels. Aujourd'hui, les abrasifs synthétiques au diamant sont fabriqués dans des centaines d'usines et leur coût est inférieur à 1 $ par carat - et ils fonctionnent aussi bien que les abrasifs fabriqués à partir de diamants naturels à usage industriel.

La meilleure façon d'en apprendre davantage sur les minéraux est d'étudier avec une collection de petits spécimens que vous pouvez manipuler, examiner et observer leurs propriétés. Des collections minérales peu coûteuses sont disponibles dans le magasin.

Autres utilisations des diamants

La plupart des diamants industriels sont utilisés comme abrasifs. Cependant, les diamants sont utilisés dans de nombreuses autres applications.

Fenêtres en diamant

sont fabriqués à partir de fines membranes de diamant. Ils sont utilisés pour couvrir les ouvertures des lasers, des machines à rayons X et des chambres à vide. Ils sont transparents, très durables et résistants à la chaleur et à l'abrasion.

Dômes de haut-parleur Diamond

améliorer les performances des haut-parleurs de haute qualité. Le diamant est un matériau très rigide, et lorsqu'il est transformé en un dôme mince, il peut vibrer rapidement sans la déformation qui dégraderait la qualité sonore.

Dissipateurs de chaleur

sont des matériaux qui absorbent ou transmettent la chaleur excessive. Le diamant a la conductivité thermique la plus élevée de tous les matériaux. Il est utilisé pour éloigner la chaleur des parties sensibles à la chaleur de la microélectronique haute performance.

Micro-roulements à faible friction

sont nécessaires dans de minuscules dispositifs mécaniques. Tout comme certaines montres ont des roulements à bijoux dans leurs mouvements, les diamants sont utilisés là où une résistance à l'abrasion, une durabilité et une fiabilité extrêmes sont nécessaires.

Pièces résistantes à l'usure

peut être produit en enduisant les surfaces d'une fine couche de diamant. Dans ce processus, le carbone est converti en vapeur qui dépose du diamant à la surface des pièces sujettes à l'usure.

Comparaison de la dureté Mohs - Vickers: Ce graphique compare la dureté des minéraux index de l'échelle de dureté Mohs (une échelle entière) avec leur dureté Vickers (une échelle continue). La dureté Mohs est une résistance à la rayure, tandis que la dureté Vickers est une résistance à l'indentation sous pression. Le graphique montre la grande différence entre la dureté Vickers du corindon et du diamant - qui ne sont séparés que d'une unité sur l'échelle de dureté Mohs.

Quelle est la dureté du diamant?

Bien que le diamant soit connu comme le matériau naturel le plus dur au monde et ait reçu une dureté de 10 sur l'échelle de dureté de Mohs, cette information est une simplification excessive. La dureté des cristaux de diamant varie selon la direction.

Échelles de dureté minérale
MinéralMohsVickers
(kg / mm2)
Talc127
Gypse261
Calcite3157
Fluorine4315
Apatite5535
Orthoclase6817
Quartz71161
Topaze81567
Corindon92035
diamant1010000

La direction de la plus grande dureté est parallèle aux plans cristallins octaédriques. Lorsque des cristaux de diamant sont taillés et polis en gemmes, il est très difficile de les couper dans cette direction avec une scie à diamant. Ainsi, au lieu d'utiliser une scie à diamant ou la pratique traditionnelle de les briser par clivage, une grande partie de ce travail se fait maintenant par sciage au laser.

Les facettes coupées parallèlement à la direction du cristal octaédrique sont également difficiles à polir, donc les couteaux changent de direction ou risquent de laisser une texture de "peau de lézard" sur la facette.

La direction la plus douce dans un cristal de diamant est parallèle aux plans cubiques. Le meilleur polissage se fait sur des facettes parallèles à cette direction. Bien que ce soit la direction la plus douce dans un diamant, la dureté est plusieurs fois plus dure que le corindon, le deuxième minéral le plus dur de l'échelle de dureté de Mohs.

Simulants diamant: Les photos ci-dessus comparent le titanate de strontium, la moissanite et la zircone cubique avec le diamant. La moissanite et la zircone cubique ont des dispersions qui sont compétitives avec le diamant, et la dispersion du titanate de strontium est exagérée. Sur la photo ci-dessus, le titanate de strontium est un rond de 6 millimètres. Les autres pierres sont des rondes de 4 millimètres. Cette différence de taille donne au titanate de strontium un avantage.

Diamond Simulants

Les simulants au diamant sont des matériaux qui ressemblent au diamant, mais ils ont des compositions chimiques différentes. Les simulants de diamant peuvent être des matériaux naturels tels que le zircon incolore ou le saphir. Le plus souvent, ce sont des matériaux synthétiques comme la zircone cubique (ZrO2), moissanite (SiC), YAG (grenat d'yttrium aluminium Y3Al5O12), ou titanate de strontium (SrTiO3).

Diamants synthétiques de différentes couleurs cultivées par la technique haute pression haute température. Image par un contributeur de Wikipedia Materialscientist.

Diamants synthétiques

Le diamant est un matériau très précieux, et les gens travaillent depuis des siècles pour les créer dans les laboratoires et les usines. Les diamants synthétiques sont des matériaux artificiels qui ont la même composition chimique, la structure cristalline, les propriétés optiques et le comportement physique que les diamants naturels. Les autres noms utilisés pour les diamants synthétiques incluent: "cultivé en laboratoire", "créé en laboratoire" et "artificiel". Ces noms indiquent correctement que les diamants ne se sont pas formés naturellement dans la Terre, mais ont plutôt été créés par des personnes.

La première synthèse de diamant commercialement réussie a été réalisée en 1954 par des employés de General Electric. Depuis lors, de nombreuses entreprises ont réussi à produire du diamant synthétique adapté à un usage industriel. Aujourd'hui, la majeure partie du diamant industriel consommé est synthétique, la Chine étant le leader mondial avec une production de plus de 4 milliards de carats par an. La plupart des nations industrialisées importantes sont désormais en mesure de produire des diamants synthétiques à usage industriel dans les usines.

Au cours de la dernière décennie, plusieurs sociétés ont développé une technologie qui leur permet de produire des diamants de qualité gemme créés en laboratoire jusqu'à quelques carats en plusieurs couleurs différentes - y compris incolore. Certaines entreprises utilisent des méthodes à haute pression et à haute température - ce sont les diamants HTHP. D'autres créent des diamants en utilisant un processus de dépôt chimique en phase vapeur - ceux-ci sont connus sous le nom de diamants CVD. Ces gemmes artificielles sont vendues dans les bijouteries et sur Internet à un prix très avantageux par rapport aux pierres naturelles de qualité et de taille similaires. Ils ont une belle apparence et un prix attractif. Les diamants synthétiques doivent être vendus avec une divulgation qui permet à l'acheteur de comprendre clairement qu'ils ont été fabriqués par des personnes.

Informations sur les diamants
1 Mineral Commodity Summaries 2017: U.S.Geological Survey, janvier 2017.
2 Gemstones: Donald W. Olson, U.S.Geological Survey, 2013 Minerals Yearbook, mars 2016.
3 Diamond, Industrial: Donald W.Olson, U.S.Geological Survey, 2016 Mineral Commodity Summaries, janvier 2016.
4 Diamond, Industrial: Donald W.Olson, U.S.Geological Survey, 2013 Minerals Yearbook, décembre 2015.
5 Facteurs de qualité des diamants: explication de la façon dont les diamants sont évalués à l'aide des 4C. Institut de gemmologie d'Amérique. Dernière consultation en avril 2019.

Les consommateurs accepteront-ils les diamants synthétiques?

Les diamants synthétiques sont le type dominant de diamant dans les applications industrielles depuis la fin du 20e siècle. La plupart des diamants utilisés pour fabriquer des abrasifs et des outils de coupe sont désormais synthétiques. Presque tous les diamants utilisés pour fabriquer les fenêtres, les dômes d'enceintes, les dissipateurs thermiques, les micro-roulements à faible friction, les pièces résistantes à l'usure et d'autres produits technologiques sont désormais synthétiques.

Les diamants synthétiques à ces fins sont beaucoup moins coûteux que les diamants extraits, ont des propriétés plus cohérentes et deviennent disponibles dans des spécifications sur mesure. Il n'y a pas de barrières émotionnelles pour que les diamants synthétiques remplacent les diamants extraits dans ces utilisations.

Diamants cultivés en laboratoire

Dans l'industrie de la bijouterie, il existe un débat considérable sur la volonté des consommateurs d'accepter les diamants synthétiques. Certains croient que les consommateurs de bijoux veulent «de vrais diamants» - ce qui signifie «diamants extraits». D'autres croient que les diamants synthétiques seront favorisés par des gens qui n'aiment pas les droits de l'homme et les problèmes environnementaux associés à certains des diamants qui sont extraits. Cependant, le véritable facteur de motivation sera probablement le prix. Actuellement, de nombreux diamants synthétiques destinés à la bijouterie ont un avantage de prix de 30 à 40% sur les diamants extraits. Ce sera probablement la plus grande motivation pour les consommateurs à accepter les diamants synthétiques.

Observation et spéculation… Si vous entrez dans presque toutes les bijouteries du centre commercial et que vous examinez les cas où le rubis, le saphir et les émeraudes sont vendus, vous verrez souvent que la plupart des pierres proposées sont synthétiques. Une personne avec très peu de formation peut souvent les reconnaître par leur couleur vive et leur superbe clarté. Les matériaux synthétiques ont une apparence supérieure, et leurs prix sont faibles par rapport aux gemmes naturelles de taille similaire et de qualité apparente. Les consommateurs obtiennent une meilleure apparence pour un prix inférieur, et la majorité d'entre eux acceptent cette transaction à l'extrémité basse de la fourchette de prix.

La lutte pour l'émotion et la domination des ventes sur le marché du rubis, du saphir et de l'émeraude à prix populaire a été remportée par les synthétiques il y a des décennies. Au cours de la prochaine décennie, le marché du diamant pourrait également évoluer en faveur des synthétiques. Cela commence déjà car les diamants synthétiques prennent une position très visible sur le marché. Le prix des diamants synthétiques baissera probablement à mesure que de plus en plus de machines pour les produire seront mises en service, deviendront plus efficaces et que la concurrence entre les fabricants s'intensifiera. Finalement, l'écart de prix entre les diamants naturels et synthétiques sera plus grand que de nombreux clients pourront ignorer, et ils achèteront du synthétique. Si la prochaine campagne publicitaire de classe mondiale fait la promotion des diamants synthétiques, un énorme changement dans la demande des consommateurs pourrait se produire. Cette campagne publicitaire de classe mondiale pourrait être Lightbox, qui propose des diamants "blancs" et colorés au prix inouï de 800 $ le carat.