La 13 ème conférence du Laboratoire Français de Gemmologie (LFG) s est déroulée le 9 mars 2016 dans une salle comble. Le sujet, les diamants synthétiques, est d actualité et intéresse de nombreux acteurs du marché de la joaillerie. Dans une première partie, Alexandre Droux, gemmologue en charge des pierres de couleurs au LFG a présenté de nombreuses pierres d intérêt. Tout d abord il est revenu sur la classification des feldspaths avec un cas d étude important : une pierre de soleil étoilée de plusieurs dizaines de carats. Il s avère en effet que cette pierre de soleil n était pas un oligoclase classique mais plus un feldspath potassique. Une tanzanite huilée a permis de revenir sur le décret de 2002 et sur les pratiques lapidaires traditionnelles. L effet «gota de aceite» connu dans les émeraudes colombiennes, a été observée très faiblement dans une émeraude zambienne. Enfin, une tourmaline fibreuse de couleur zonée rose a fait l objet d un article dans la Revue Français de Gemmologie. Dans un second temps, Aurélien Delaunay, responsable diamants au LFG, a fait un point sur les diamants synthétiques observés au LFG. Les observations du LFG permettent d avoir un aperçu assez fidèle de la proportion de diamants synthétiques dans le marché français. Cette conférence fait l objet d un résumé développé ci-dessous. Diamants synthétiques au LFG Le diamant synthétique est un sujet d actualité. En effet, selon le rapport de Bonas Group et AT Kearney de 2014, la production de diamants synthétiques de joaillerie est estimée à 350 000 carats en 2014. La prévision de production en 2020 est de 1.5 millions de carats ce qui est à relativiser car selon le Kimberley Process, il a été extrait 125 millions de carats en 2014. En 2015, l association des producteurs de diamants synthétiques a vu le jour (International Grown Diamond Association, IGDA) dans le but d éduquer et d informer les consommateurs. Les diamants synthétiques ont été aussi récemment mis en lumière par le biais de la popularité des actionnaires d un producteur de diamants synthétiques (par exemple Leonardo Di Caprio dans l actionnariat de Diamond Foundry). Les diamants synthétiques ont été fabriqués pour la première fois dans les années 1950. Aujourd hui, le fait de trouver des diamants synthétiques dans des lots de diamants naturels n est plus à démontrer dans les lots de diamants de jaunes (cf. Kitawaki, 2008). Mais récemment des alertes ont été données concernant des diamants synthétiques CVD trouvés dans des lots de diamants jaunes et incolores (Newsletters GGTL, 2015). En 2015, le laboratoire GIA Thaïlande a trouvé des diamants synthétiques HPHT dans des lots de mêlés de diamants presqu incolores. Le marché français est-il épargné par ces mélanges de diamants synthétiques dans des lots de diamants naturels?
Pour rappel, une synthèse est une matière créée par l homme, en laboratoire. Elle possède la même nature, les mêmes propriétés physico-chimiques que son homologue naturel. De ce fait, sauf dans certains cas, il est très difficile de détecter des diamants synthétiques avec les appareils de gemmologie classique. En France, selon le décret de 2002, un diamant fabriqué en laboratoire doit être appelé diamant synthétique. Les termes «diamant de culture, diamant de laboratoire» sont interdits en France. Les diamants sont synthétisés grâce à plusieurs techniques. Une méthode par haute pression, haute température (HPHT) a été couronnée de succès en Suède par ASEA en 1953. Les conditions de formation par méthode HPHT sont les suivantes : 1300-1800 C et 50-70 kbars. La deuxième méthode est la méthode CVD (chemical vapor deposition), il s agit de déposer du carbone en phase vapeur sur un substrat (température du plasma : 700-1000 C). Elle a été inventée en 1952 par W. Eversole d Union Carbide Corporation (USA). Ces deux méthodes permettent de synthétiser des diamants jusqu à 10 carats avec la méthode HPHT et plus de 3 carat avec la méthode CVD. D autres méthodes existent comme la méthode balistique. De plus, en augmentant la pression et la température dans les presses HPHT (2300-2500 C, 15GPa), il est possible de créer des diamants synthétiques nano-polycristallin (Skalwold, G&G, 2012). Il est possible de fabriquer des diamants synthétiques de toutes les couleurs en les traitant après leur formation en laboratoire. Les diamants issus des presses haute pression haute température sont principalement des diamants de type Ib (contenant des atomes d azote isolés, centre C, visible en infrarouge avec les bandes à 1344 cm-1) de couleur jaune à brun. Si ces diamants synthétiques sont traités par haute pression haute température, ils se transforment en diamants synthétiques de type IaA (paire d atomes d azote visible en infrarouge à 1282 cm-1), avec des traces des centres C (petite absorption à 1344 cm-1). Leur couleur devient plus lumineuse. S il y a une volonté de créer des diamants synthétiques presqu incolores, il faut piéger l azote présent dans l air en plaçant des pièges à azote (titane ou zirconium principalement avec du cuivre pour empêcher la formation de carbures) dans la capsule placée dans les presses HPHT. Si le but est de créer des cristaux bleus, il faut incorporer du bore dans le cristal bien que tous les diamants synthétiques HPHT presqu incolores contiennent aussi du bore. Ce sont donc des diamants de type IIb. Les cristaux fabriqués sont de forme cubooctaédrique caractéristique de cette méthode. Des chercheurs taïwanais ont réussi à synthétiser des cristaux de diamants synthétiques quasiment octaédriques, très proches des cristaux de diamants naturels. Les diamants synthétiques HPHT peuvent être identifiés grâce à leurs inclusions quand ils en contiennent. Des points épars sont souvent rencontrés dans ces diamants synthétiques. Les nuages de points contenus dans les diamants naturels sont plus souvent zonés Des inclusions en mie de pain sont aussi observées ainsi que de plus rare dislocations en forme de «cheveux». Quelquefois, des restes de fondant (fer nickel ou fer cobalt) sont retrouvés dans les diamants synthétiques sous la forme d inclusions métalliques orientées cristallographiquement. De plus, ces inclusions leur confèrent un aspect magnétique. Si les inclusions métalliques sont importantes, les diamants synthétiques peuvent être attirés par un aimant puissant de type néodyme (alliage de néodyme, fer et bore). Les diamants synthétiques jaunes sont très souvent zonés. Des zones colorées correspondant aux secteurs de croissance
sont très souvent observées en immersion. De plus, entre polariseurs croisés les diamants synthétiques sont totalement isotropes, sans figures de tension provoquant une double réfringence anormale. Cependant, des figures de tension au niveau des limites de secteurs de croissance sont quelque fois observées. Un critère d identification important des diamants synthétiques est l observation de la luminescence sous rayonnement ultraviolet long (UVL : 365 nm) et courts (UVC : 254 nm). La plupart des diamants synthétiques ont une luminescence plus importante aux UVC qu aux UVL. Le DiamondView, appareil d imagerie de luminescence développé en 1996 par la DTC (excitation à 220 nm environ), permet d observer la morphologie de croissance des diamants. Les secteurs cubo-octaédriques sont alors mis en évidence dans les diamants synthétiques HPHT. Les pierres isolées sont facilement identifiables grâce à l observation de cette luminescence. La difficulté est plus importante sur les diamants mêlés. En effet, ces pierres sont si petites que les secteurs sont plus difficilement visibles. L identification des diamants mêlés jaunes est rendue complexe par le fait que ces pierres sont petites, pouvant provenir de différentes méthodes, et ayant pu subir des traitements post-croissance (irradiation et HPHT notamment). Ces traitements affectent directement les propriétés des diamants synthétiques. Ils créent des modifications dans les secteurs de croissance, création de centres N3 (luminescence bleue), figures de tension entre polariseurs croisés, etc. Grâce à notre microscope de luminescence, il est possible d observer les diamants mêlés jaunes sertis et ainsi mettre en évidence la présence de diamants synthétiques sur des pièces de joaillerie. L identification de diamants mêlés jaunes synthétiques doit être donc faite en recoupant plusieurs techniques (aimant, observation des inclusions, luminescence, polariseurs croisés en immersion, spectrométrie infrarouge, spectrométrie de photoluminescence). La spectrométrie de photoluminescence à température de l azote liquide (-196 C) est la technique la plus sensible pour détecter les diamants synthétiques HPHT. La présence de résidus de fondant dans le réseau (cobalt, nickel) est mise en évidence par cette technique. Le nickel est identifiable grâce aux centres S2 à 489-497 nm, le doublet caractéristique à 883-885 nm ainsi que d autres bandes à 727, 747, 808 ou 869 nm. De plus, il est très fréquent de ne voir aussi que les centres N-V- à 637 nm dans les diamants synthétiques de type Ib. Le centre lié au cobalt le plus visible est celui à 544 nm. La présence de diamants synthétiques jaunes dans les lots de diamants mêlés jaunes n est plus à démontrer en France. De plus, la proportion de diamants synthétiques jaunes est plus importante dans les dimensions 1.5 à 2 mm (même si nous avons trouvés dans toutes les dimensions). La nouveauté au LFG est d avoir trouvé récemment des diamants synthétiques presqu incolores dans un lot de diamants contenant des pierres presqu incolores, jaunes et roses. 40 diamants synthétiques HPHT entre 1.5 et 2.5 mm ont été identifiés. Certains contenaient des inclusions caractéristiques (points, inclusions métalliques orientées). Ils étaient tous isotropes entre polariseurs croisés. Ils possédaient quasiment tous une luminescence jaune plus importante aux UVC avec une longue phosphorescence caractéristique. Des figures cubo-octaédriques ont été observées avec le DiamondView. De plus, en spectrométrie de photoluminescence à température de l azote liquide (-196 C), ils possédaient tous des traces de nickel (doublet à 883-885 nm). Certains avaient en plus des centres Si-V- visibles (doublet à 736-737 nm). Ce doublet est pourtant un critère d identification des diamants synthétiques CVD. Sa présence est probablement liée à la source de carbone utilisée pour fabriquer ces diamants. En effet, Shigley en 1993, en analysant deux diamants presqu incolores fabriqués par General Electric, parlait déjà de l utilisation de poudre de diamants CVD comme source de carbone pour la fabrication de ces diamants. C est
la première fois que des diamants presqu incolores ont été identifiés dans un lot de diamants sur le marché français. Les diamants synthétiques créés par méthode CVD sont quelquefois identifiables par des zones brunes, la présence de points, d inclusions noires plates de graphite. Entre polariseurs croisés, des dislocations parallèles sont facilement identifiables. Ces défauts, pouvant rappeler l aspect d une brosse, sont caractéristiques de cette méthode. Au DiamondView, les diamants synthétiques CVD ont une luminescence rouge orange liée aux centres N-V. Ces diamants synthétiques sont souvent traités HPHT après croissance pour soustraire les nuances brunes ou grises souvent observées après fabrication. Ce traitement provoque un changement de couleur de luminescence, ils deviennent bleu-vert au DiamondView. Cette luminescence est due à l apparition d une bande large à 450 nm environ. En photoluminescence à basse température, le centre Si-V- à 736-737 nm est très fréquemment observé. Les diamants synthétiques sont présents sur le marché des gemmes. En France, les diamants jaunes synthétiques mêlés sont très présents mélangés dans des lots de diamants jaunes naturels. En effet, il est plus facile de «cacher» de petites pierres dans des lots. Des diamants synthétiques presqu incolores ont été observés pour la première fois en France mélangés dans un lot. L identification de ces diamants synthétiques nécessite une connaissance, liée à une bonne expérience de ces matières (collection, banque de données), ainsi qu un parc d outils scientifiques performant. Il faut comprendre que les techniques de fabrication évoluent. Elles sont de plus en plus performantes, fabriquant des diamants synthétiques de meilleure qualité plus difficilement identifiables. Photos Diamants synthétiques russes facetté et un brut de forme cubo-octaédrique caractéristique des synthèses HPHT (collection O. Segura, LFG)
Diamants synthétiques bruts de forme quasi octaédriques, des faces résiduelles du cube sont visible au niveau des pointes de l octaèdre (Taidiam, photos LFG) Nuage de points épars dans un diamant synthétique HPHT mêlé jaune (grossissement x50, LFG) Inclusions de type dislocation dans des diamants synthétiques mêlés jaunes (grossissement x30 et x50, LFG)
Inclusions magnétiques de résidus de fondant dans un diamant synthétique HPHT rendant ce diamant magnétique (grossissement x50, LFG) Zonage de couleur dans un diamant synthétique HPHT (immersion grossissement x30) Diamant synthétique HPHT mêlé jaune observé en immersion et entre polariseurs croisés. Des figures de tension sont visibles au niveau des limites de secteurs de croissance.
Diamants synthétiques HPHT observés au DiamondView, avec des secteurs de croissance cubo-octaédrique caractéristiques de la méthode HPHT. Diamants synthétiques HPHT presqu incolores détectés dans un lot de diamants naturels déposés pour analyse au laboratoire. Inclusions métalliques orientées dans un diamant synthétique HPHT mêlés presqu incolore.
Images DiamondView des diamants synthétiques mêlés presqu incolores. Diamants synthétiques bruts CVD Diamant synthétique CVD observés entre polariseurs croisés présentant des dislocations parallèles caractéristiques de cette méthode