Deux procédés se sont imposés sur le marché pour la production de diamants de laboratoire : le procédé haute pression haute température (HPHT) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

Le procédé haute pression haute température (HPHT)

HPHT (haute pression, haute température) est l'une des méthodes les plus importantes pour la production de diamants en laboratoire. Cette méthode traditionnelle de croissance du diamant consiste à créer des diamants de laboratoire à partir de carbone dans des équipements reproduisant les conditions extrêmes de chaleur et de pression que l'on retrouve sur Terre, là où les diamants naturels se développent. Le procédé HPHT fonctionne à une pression de 5 à 6 GPa et à des températures de 1 300 à 1 600 °C.

Le procédé HPHT en détail :

  • La création du diamant de laboratoire a lieu dans une petite capsule à l’intérieur d’un appareil capable de générer des pressions très élevées.
  • Dans la capsule, un matériau source de carbone (par exemple du graphite) se dissout dans un flux fondu composé de métaux tels que le fer, le nickel ou le cobalt, réduisant ainsi la température et la pression nécessaires à la croissance du diamant.
  • Le matériau carboné migre ensuite à travers le flux vers le noyau de diamant plus froid et cristallise sur celui-ci pour former un cristal de diamant.
  • La cristallisation se produit sur une période de plusieurs jours à plusieurs semaines pour faire croître un ou plusieurs cristaux.

Les diamants de laboratoire présentent des modèles de croissance cubiques en utilisant le procédé HPHT

Alors que les cristaux de diamant naturels sont généralement octaédriques, les cristaux de diamant HPHT synthétiques présentent généralement des faces octaédriques et cubiques. Par conséquent, les cristaux de diamant HPHT naturels et synthétiques présentent des schémas de croissance distincts. Ces schémas de croissance comptent parmi les méthodes les plus fiables pour distinguer les diamants extraits de mines de ceux synthétiques.

Pourquoi le procédé HPHT a une mauvaise réputation

Les diamants de moindre qualité, qu'ils soient naturels ou synthétiques, peuvent également être soumis au procédé HPHT pour améliorer leur couleur et leur pureté. Ce procédé peut rendre les diamants non seulement incolores, mais aussi roses, bleus ou jaunes, par exemple. Dans ce cas, le diamant doit être étiqueté comme « traité ». Par le passé, ce « traitement » supplémentaire des diamants a pu être insuffisamment divulgué par certains fabricants de diamants synthétiques. De ce fait, de nombreux acteurs du secteur et clients considèrent ce procédé avec scepticisme en raison de son manque de transparence.

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)

CVD (dépôt chimique en phase vapeur) est une autre méthode de production de diamants synthétiques. Cette nouvelle technique permet de produire des diamants en laboratoire à des températures modérées (700 °C à 1 300 °C) et à basse pression. Un gaz carboné est pompé dans une chambre à vide, où il se dépose sur un germe de diamant et cristallise pour former un diamant synthétique. La taille du diamant dépend alors uniquement du temps de croissance.

Le processus CVD en détail :

  • Les graines de diamant, également appelées cristaux de germination, sont placées dans une chambre remplie d'un gaz contenant du carbone (par exemple du méthane).
  • Dans le même temps, la chambre est chauffée à environ 900-1200 °C.
  • À l’aide d’un faisceau de micro-ondes, le carbone est libéré d’un nuage de plasma et déposé sur un cristal d’ensemencement.
  • Les diamants sont retirés tous les quelques jours pour polir leur surface et éliminer le carbone « non diamanté »
  • Chaque lot de diamants peut nécessiter plusieurs cycles d'arrêt/démarrage
  • L’ensemble du processus de croissance peut prendre trois à quatre semaines.
  • Une fois les diamants bruts de laboratoire retirés, ils peuvent être taillés et polis pour obtenir le produit final.

Plus précisément, la croissance du diamant par CVD se déroule dans une chambre à vide remplie d'un gaz contenant de l'hydrogène et du carbone, comme le méthane. Une source d'énergie, comme un faisceau de micro-ondes, scinde les molécules de gaz et les atomes de carbone diffusent vers les plaques de germination de diamant plates et plus froides. La cristallisation s'étend sur plusieurs semaines et plusieurs cristaux se forment simultanément. Leur nombre exact dépend de la taille de la chambre et du nombre de plaques de germination.

Image : Diamond Foundry Inc.

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