Un diamant de laboratoire est aussi appelé diamant de synthèse, diamant synthétique ou diamant de culture.

Le diamant de laboratoire est un diamant fabriqué par l’homme. Il possède les mêmes caractéristiques physico-chimiques que le diamant naturel : composition, dureté, brillance, éclat, etc. Il ne s’agit donc pas d’un faux diamant mais d’un diamant qui n’est pas naturel.

Petite histoire

C’est en 1954, que General Electric, plus précisément Tracy Hall, publie ses recherches et résultats dans le magazine Nature. C’est à cette date qu’est officiellement reconnue la création du premier diamant synthétique^.

La première véritable utilisation des diamants de synthèse en joaillerie (de qualité gemme) débute vers le milieu des années 1990. Mais ce n’est qu’à la fin des années 2010 que ces pierres de synthèse ont commencé à gagner du terrain en joaillerie.

Propriétés

Les diamants, lorsqu’ils atteignent un certain degré de pureté, combinent des propriétés mécaniques, optiques, thermiques et électroniques exceptionnelles. Les diamants de synthèse peuvent être « dopés » artificiellement au bore, au phosphore ou à l’azote, par exemple, pour modifier leurs propriétés électroniques. L’introduction de défauts dans la structure cristalline (les centres azote-lacune ou NV, par exemple) est également exploitée en physique quantique.

Un diamant peut être monocristallin, ou polycristallin, c’est-à-dire fait de nombreux cristaux plus petits. On utilise typiquement les grands diamants monocristallins, nets et transparents en joaillerie.

Dureté

Le diamant synthétique est la matière la plus dure connue. La dureté étant définie comme la résistance à la rayure et étant notée de 1 (le plus tendre) à 10 (le plus dur), selon l’échelle de dureté minérale de Mohs.

La dureté d’un diamant synthétique dépend de sa pureté, de sa perfection cristalline et de son orientation : la dureté est plus élevée pour des cristaux purs et sans défauts

Impuretés et inclusions

Chaque diamant contient d’autres atomes que le carbone dans des concentrations détectables par des méthodes analytiques. Ces atomes peuvent se regrouper en phases macroscopiques appelées inclusions. Les impuretés sont en général évitées, mais peuvent être incorporées, comme moyen de contrôler certaines propriétés du diamant. 

Par exemple, un diamant pur est un isolant électrique, mais un diamant auquel on a ajouté du bore est conducteur, et dans certains cas supraconducteur^.

Technique de synthèse

La technique HPHT (en français Haute pression, haute température) consiste à faire un mélange de carbone (sous une forme abondante) et de métaux de transition (qui feront office de catalyseurs) et à soumettre le tout à une très haute pression (environ 58 000 atmosphères) et température (environ 1 400 °C). La formation du diamant se fait alors par germination et croissance. Dans la méthode du gradient de température, un germe de diamant est inséré dans le réacteur avant la réaction.

La technique CVD (en anglais Chemical vapor deposition; en français Dépôt chimique en phase vapeur) consiste à faire croître le diamant par couches successives. La méthode consiste à placer une couche de diamant (substrat ou graine) dans une chambre où règne typiquement une pression d’un dixième d’atmosphère. De l’hydrogène et du méthane (gaz précurseurs) sont alors injectés et l’ensemble est par la suite ionisé à l’aide d’une décharge micro-onde (fréquence de 2,45 GHz). Un plasma est alors initié et les espèces qui en sont issues (ions, radicaux, etc. provenant des gaz initialement injectés) s’adsorbent sur le substrat. La formation d’une couche de diamant qui croît avec le temps a lieu après diffusion et réaction en surface des espèces réactives.

Différance avec les diamants naturels

 Faire la différence entre un diamant synthétique et naturel est difficile et peut demander un matériel spécifique.

Le géant du diamant naturel De Beers développe plusieurs techniques pour détecter ces nouveaux diamants. Une de ces techniques est de détecter la forme de croissance du diamant, qui n’est pas la même que dans la nature. Ainsi, les diamants obtenus par la méthode HPHT créent des secteurs de croissance en forme de cubes. Certaines formes d’impuretés ne sont également pas présentes dans la nature.

La méthode CVD en revanche, produit des diamants plus difficilement différentiables des diamants naturels, car étant très purs, les impuretés et les zones de croissance cubique sont moins distinguables.

Certification

 Un diamant synthétique s’évalue en fonction de quatre critères, exactement comme pour le diamant naturel : les 4 C : Carat (le poids du diamant), Color (la couleur du diamant), Clarity (la pureté du diamant) et Cut (la taille du diamant).

Les principaux laboratoires de gemmologie qui émettent les certificats pour les diamants naturels, émettes également les certificats pour les diamants synthétiques, en utilisant exactement les mêmes critères pour définir leurs caractéristiques. La seule différence entre les deux certificats est que sur l’un il est indiqué « Natural Diamond – Diamant naturel » et sur l’autre « Laboratory Grown Diamond – Diamant de laboratoire ».