Le Diamant brut (structure et croissance)
Minéralogie et structure cristalline
Le Diamant est un minéral cristallisé, composé uniquement de carbone (C).
La maille cristalline d’un Diamant parfait est représentée par un arrangement de tétraèdres de carbone, formés de 4 atomes de carbone, chacun lié aux autres et entouré à son tour de 4 autres, ce qui forme un structure tridimensionnelle. Toutes les liaisons intra-atomiques sont de nature « covalente », ce qui explique notamment l’immense dureté du Diamant.
Il faut énormément d’énergie pour rompre ces liaisons. Toutes les propriétés physiques du Diamant sont le résultat direct de sa structure interne.
Le graphite est une autre forme de carbone cristallisé. Ce minéral a une structure cristalline hexagonale qui est, contrairement au Diamant, bidimensionnelle, ce qui explique les différences essentielles entre ces deux minéraux. Le graphite consiste en "couches" de carbone liées par des forces électriques très faibles. Il suffit de frotter le graphite sur un papier pour casser ces liaisons, comme un crayon.
Structures cristallines du Graphite et du Diamant
Diverses formes cristallines du Diamant
Dans la nature le Diamant se présente sous diverses formes cristallines. Dans des conditions normales, le Diamant se cristallise dans le système cristallin cubique, dans la forme la plus fréquente, l’octaèdre. Il y a également le cube et le rhombododécaèdre. Plus rares sont les formes trisoctaèdre, hexoctaèdre et tétraèdre.
On trouve aussi des formes maclées dont « les macles » sont les plus fréquentes, ainsi que des Diamants sans forme cristalline apparente. Dans cette dernière catégorie se trouvent surtout des Diamants de grande taille comme le Cullinan (3106 Carats), la pierre la plus grande jamais trouvée.
le Diamant Cullinan avant la taille (3106 Carats)
Les cristaux de Diamant poussent à partir d’un germe, couche par couche, ce qui abouti à un cristal composé de nombreuses couches invisibles, comparables aux épluchures d’un oignon. En sciant ou taillant le Diamant, on observe parfois ces "épluchures" comme des lignes parallèles, connues comme "ligne de croissance" ou "graining".
La forme octaèdre d’un cristal brut de Diamant est la forme idéale et n’apparaît que quand la croissance du cristal se passe dans des conditions optimales. Ce processus de croissance ne se déroule pas toujours de façon aussi parfaite, et des périodes de croissances s’échangent avec des périodes de résorption. Il en résulte la formation de petits "escaliers" à la surface du cristal et l’absence d’arêtes pointues. Il existe aussi des formes inhabituelles, ce sont pour la plupart des formes dérivées d’autres cristaux par résorption des facettes de cristaux ou d’arêtes. Le Dodecaèdre est une forme très courante dans laquelle le Diamant se cristallise.
On peut parfois observer de petits triangles, des trigones, à la surface de cristaux de diamants bruts. Ceux-ci n’apparaissent que sur les faces octaèdriques où ils reflètent la structure de croissance interne. L’origine n’est pas toujours très claire. Ils peuvent aussi bien naître par un processus de résorption ou être causés par le processus de croissance. Ils sont très importants pour le lapidaire car ils indiquent la direction des lignes croissances du Diamant et donc son sens de clivage ou de sciage.
Trigons à la surface d’un Diamant brut
Des impuretés dans la structure
Les Diamants parfaits sont composés uniquement de carbone mais la plupart des Diamants sont en réalité composés d’autres éléments en très faible quantité : par exemple les Diamants fantaisie, jaune ou brun, ou même ceux très légèrement teintés de brun ou de jaune, doivent leur couleur à des atomes d’azote venus se glisser dans la structure de carbone lors de la cristallisation ; ces éléments sont en très faible quantité (les scientifiques les mesurent en millionièmes). Ils peuvent être de différentes natures : cependant les principaux sont l’Azote et le Bore. De plus, il existe une classification des Diamants selon les éléments présents à l’intérieur de la maille de carbone, celle-ci contient deux grandes familles : les Diamants de type I contenant de l’Azote (98% des Diamants sont de ce type) et les Diamants de type II ne contenant pas d’Azote. Voici le détail de ces deux catégories ci-dessous :
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Type I |
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Ia |
Ib
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Prevalence |
98% |
0.1%
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Color centers |
Clustered Nitrogen atoms |
Isolated Nitrogen atoms
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Color |
Colorless |
Orange |
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Type II |
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IIa |
IIb
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Prevalence |
1-2% |
0.1%
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Color centers |
No specific color center |
Boron atoms
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Color |
Colorless |
Blue |
Les « jumeaux »
Les Diamants bruts ne sont pas tous des cristaux monocristallins mais souvent des formes composées, des "polycristaux". On peut diviser ceux-ci en "jumeaux de contact" ou "jumeaux par hémitropie".
Des jumeaux de contact ont toujours la face de l’octaèdre en commun. Ils apparaissent par la croissance de deux germes de cristaux différents dans un milieu sursaturé de carbone. Ces jumeaux sont mieux connus sous le nom de macles et sont souvent aplatis.
Dans le cas des macles par hémitropie, les deux cristaux sont réunis sur un même plan parallèle à deux faces opposées de l’octaèdre ; les deux individus cristallins se trouvant disposés, l’un par rapport à l’autre, à 180 degrés.
Au moment de la taille de ces macles, des lignes de croissances externes ou des "lignes de macles" apparaissent parfois, visibles au microscope ou à la loupe.
Des lignes de croissance sont visibles en haut à droite de ce Diamant taillé et examiné au microscope.