UNE PIERRE / LE DIAMANT

Publié le par BIENVENUE sur le blog de ZAKK

DIAMANT-4.jpg Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), 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.

Étyologie

Le mot est dérivé du grec δάμας (adamas : « indomptable », d'adamastos : « inflexible, inébranlable », qui a également donné « adamantin », « adamant », ancien nom du diamant et « adamantane », hydrocarbure tricyclique de formule C10 H16 ), 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) :

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 », « diamant de Briançon », « diamant de Brighton », « diamant de Bristol », « diamant de Buxton », « diamant 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).

DIAMANT-8.jpgÉgalement, en France, l'usage commercial du terme « diamant de culture » (diamant synthétique) est interdit.

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 maDIAMANT-2.jpgtériau industriel dont la production annuelle atteint aujourd'hui 570 millions de carats, soit 114 tonnes (chiffres 2007).

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.

DIAMANT-10.jpgFormation

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 1100°C et 1400°C pour la température, et entre 4,5 GPa et 6 GPa pour la pression, 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.

On distingue deux grandes catégories de diamants en fonction de la nature de leur cortège d'inclusions, caractéristiques de l'environnement de cristallisation. Dans la plupart des cas, ces inclusions représentent une minéralogie de péridotite. Une seconde catégorie d'inclusions est caractéristique d'association éclogitiques.

DIAMANT-12.jpgLes 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. Ce carbone organique a été enfoui jusqu'au manteau terrestre par le mouvement des plaques tectoniques, dans les zones de subduction.

La nature minéralogique des inclusions, leur coDIAMANT 9ntenu en élément en trace et la composition isotopique (Carbone et Azote) des diamants eux-mêmes sont de précieux indices pour comprendre la genèse de ce minéral. Tout porte à croire que la croissance des diamants dans le manteau lithosphérique ne résulte pas d'une transformation directe à partir du graphite mais impliquerait plutôt l'entremise d'un fluide COH (fluide aqueux contenant du carbone dans une forme moléculaire non spécifiée : CH4, CO, CO2) ou d'un magma carbonaté (carbonatite). Le mode de cristallisation des diamants issus du manteau inférieur est bien moins contraint. Les caractéristiques en éléments en traces des inclusions de pérovskites calciques dans ces diamants suggèrent à certains auteurs une croissance associée à la présence de croûte océanique, dans une zone du manteau où elle pourrait effectivement s'accumuler.

DIAMANT-5.jpgDIAMANT-11.jpgGisements

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). 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.

DIAMANT-6.jpgDans les parties les plus internes des chaînes de collision tel que les Alpes, l'Himalaya ou la chaîne Hercynienne, on trouve des roches continentales contenant des microdiamants. Ces diamants se forment au cours du métamorphisme dit d'« ultrahaute pression en contexte subduction-collision » : températures modérées de l'ordre de 800 à 900°C et pression de l'ordre de 4 GPa. Les diamants obtenus sont de taille micrométrique et ne peuvent donc pas être concernés par l'exploitation minière. Cependant, ils offrent des objets uniques pour l'étude du comportement d'un système rocheux en profondeur.

Pays producteurs

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.

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 :

l'élimination des éléments stériles (terre et pierre qui couvrent le sable diamantifère) ;

l'extraction ;

le lavage.

DIAMANT-3.jpgDu 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.

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 pour 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, cDIAMANT-1.jpges derniers ne sont utilisés que dans l'industrie.

Utilisation

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

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 bistouris en diamant, permettent de créer des incisions ultraprécises (en ophtalmologie par exemple), car le moindre effleurement découpe la peau. N'étant par ailleurs pas réactif, 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.

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.DIAMANT-7.jpg

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 à ce 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.

 

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