Technologie

Le diamant industriel est choisi pour ses performances et non pour son apparence, et il est presque entièrement fabriqué en usine. L’US Geological Survey indique qu’en 2025 le matériau synthétique représentait plus de 99% de la production et de la consommation mondiales de diamant industriel, et que la production mondiale dépassait 15 milliards de carats. La Chine est le premier producteur, devant les États-Unis et la Russie ; ensemble, ils assurent environ 99% de la production synthétique.

L’industrie est née chez General Electric, où Tracy Hall a réussi une synthèse reproductible le 16 décembre 1954, dans sa presse « belt », un appareil à haute pression et haute température (HPHT) qui convertit le graphite en diamant avec un catalyseur de fer fondu. GE a annoncé le résultat en février 1955.

L’essentiel du diamant industriel sert d’abrasif : grains liés dans des meules, segments de scie pour le béton et la pierre, scies à fil et poudres de polissage. Le forage en est un autre grand usage. GE a inventé le compact de diamant polycristallin (PDC), couche de diamant fritté liée à du carbure de tungstène, en 1971, et a commencé à vendre des taillants PDC en 1976. Un historique publié en 2015 par un ingénieur de Baker Hughes dans Drilling Contractor, la revue de l’International Association of Drilling Contractors, indiquait que les trépans PDC forent plus de 90% du métrage mondial des puits de pétrole et de gaz ; un rapport de 2010 des Sandia National Laboratories dit plus prudemment que les trépans à taillants PDC dominent le forage pétrolier et gazier. Les outils à pointe diamantée usinent aussi les alliages d’aluminium, les composites et les céramiques, mais ils s’usent vite sur l’acier, parce que le fer chaud dissout le carbone.

Le diamant réunit des propriétés rarement associées. Le diamant monocristallin de haute pureté conduit la chaleur à plus de 2,000 W/m·K à température ambiante, soit environ cinq fois mieux que le cuivre, tout en restant un isolant électrique dont la bande interdite (l’énergie nécessaire pour libérer un électron capable de porter un courant) vaut 5.47 eV, contre 1.12 eV pour le silicium.

Comme diffuseur thermique, une mince plaque de diamant se place sous une puce chaude et évacue la chaleur latéralement avant qu’elle ne s’accumule. Les amplificateurs radiofréquence au nitrure de gallium (GaN) et les diodes laser de forte puissance en sont les usagers types. Element Six et la société japonaise Orbray ont noué en juin 2024 un partenariat sur le diamant monocristallin à l’échelle du wafer, alors qu’Orbray avait fait croître du matériau jusqu’à 55 mm de diamètre ; en juin 2026, ils ont annoncé un procédé reproductible de substrats de 3 pouces, le 4 pouces étant en développement.

Comme semi-conducteur, le diamant pourrait en principe supporter des tensions et des températures plus élevées que le carbure de silicium ou le GaN. Le dopage au bore le rend de type p, mais il n’existe pas de donneur peu profond : le phosphore se place 0.6 eV sous la bande de conduction, contre 0.37 eV pour les accepteurs de bore, si bien que le dopage de type n n’a connu qu’un succès limité, et que de grands wafers à faible densité de défauts restent difficiles à faire croître. Les transistors au diamant en restent au stade du laboratoire et du pilote.

Comme fenêtre, le diamant obtenu par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) transmet d’environ 225 nm dans l’ultraviolet jusqu’à l’infrarouge lointain et aux micro-ondes, avec de faibles bandes d’absorption entre 2.5 et 6.5 µm. Il sert dans les fenêtres de lasers à dioxyde de carbone, les lignes de lumière X des synchrotrons et les systèmes micro-ondes de forte puissance.

Un centre azote-lacune (NV) est un défaut ponctuel où un atome d’azote remplace un atome de carbone et jouxte un site vacant du réseau. Sous sa forme chargée négativement, le défaut possède un état fondamental triplet de spin : trois sous-niveaux magnétiques, dont deux se situent environ 2.87 GHz au-dessus du troisième en l’absence de champ. Une lumière laser verte excite le centre, et l’intensité de sa fluorescence rouge (raie à zéro phonon à 637 nm) dépend de l’état de spin. Un spin quantique unique peut donc être lu avec un microscope optique et des micro-ondes, technique appelée résonance magnétique détectée optiquement.

Le spin conserve sa cohérence jusqu’à des millisecondes à température ambiante dans un diamant très pur, ce qui est inhabituel parmi les qubits en phase solide. Champs magnétiques, champs électriques, contraintes et température déplacent tous la résonance. Le NIST fait état d’une détectivité du champ magnétique descendant au nanotesla par racine de hertz sur des échelles de quelques dizaines de nanomètres, à l’air libre et à température ambiante.

En 2015, des physiciens de l’université de technologie de Delft ont intriqué les spins électroniques de deux diamants distants de 1.3 km et ont réalisé l’un des premiers tests de Bell sans échappatoire. Le matériel a suivi la physique : le 31 mai 2022, le Pawsey Supercomputing Research Centre, à Perth, a installé un appareil de Quantum Brilliance qu’il a présenté comme le premier ordinateur quantique au diamant fonctionnant à température ambiante installé sur site dans un centre de calcul intensif. Le diamant de qualité quantique n’est pas extrait mais fabriqué, obtenu par CVD avec un ajout d’azote en quantités contrôlées.

Une cellule à enclumes de diamant (DAC) comprime un échantillon entre les pointes plates de deux diamants de qualité gemme. Les enclumes pèsent en général entre 1/8 et 1/3 ct, et leurs pointes polies, appelées colettes, mesurent typiquement 100–250 µm de diamètre. Une force modeste agissant sur une surface minuscule, la pression devient énorme. Un mince joint métallique percé d’un trou retient l’échantillon.

La cellule a été mise au point en 1958 au National Bureau of Standards (NBS) américain par Charles Weir, Alvin Van Valkenburg, Ellis Lippincott et E. N. Bunting, et indépendamment à l’université de Chicago. La transparence du diamant a rendu le dispositif possible : lumière infrarouge, lumière visible et rayons X traversent les enclumes, si bien qu’un échantillon peut être mesuré sous pression et chauffé au laser en même temps.

La gemmologie a fourni le manomètre. En 1972, des chercheurs du NBS ont publié une méthode fondée sur les raies rouges étroites de fluorescence du rubis, qui se décalent régulièrement vers les grandes longueurs d’onde à mesure que la pression monte : un grain de rubis placé près de l’échantillon fait donc office de manomètre. Les cellules ont franchi 100 GPa en 1975 et atteignent aujourd’hui les quelque 360 GPa du centre de la Terre, tandis que des enclumes spécialisées à double étage ont donné lieu à des valeurs supérieures à 600 GPa annoncées en 2012, le même groupe annonçant ensuite plus de 750 GPa en 2015 et au-delà de 1 TPa en 2016, chiffres qui restent contestés. Les expériences en DAC étayent les modèles d’intérieurs planétaires et la recherche de phases de haute pression, des glaces et de l’azote denses aux hydrures supraconducteurs.

Le saphir synthétique est de l’oxyde d’aluminium monocristallin, chimiquement identique au corindon naturel mais obtenu incolore et en grandes boules pour l’industrie. Les fabricants emploient des méthodes de croissance à partir du bain fondu, comme Kyropoulos et Czochralski, qui refroidissent ou tirent un grand cristal de l’alumine fondue, tandis que le plus ancien procédé de fusion à la flamme de Verneuil fournit encore de petites pièces et du brut de joaillerie.

Avec 9 sur l’échelle de Mohs, le saphir résiste à la rayure de presque tout, sauf du diamant et de quelques autres matériaux superdurs. Les verres de montre (la couverture transparente au-dessus du cadran) en sont un usage familier : Rolex indique un verre saphir résistant aux rayures sur la Submariner, et Apple mentionne un verre saphir plat pour l’écran de l’Apple Watch Ultra 3 et un couvre-objectif en verre saphir pour les caméras de l’iPhone 17 Pro. Les écrans de téléphone en saphir se sont révélés plus difficiles à produire en grande série : GT Advanced Technologies, qui avait bâti une activité saphir pour approvisionner Apple, a déposé son bilan en octobre 2014.

Le plus grand usage industriel est celui de substrat, le wafer sur lequel on fait croître d’autres cristaux. En 1986, Isamu Akasaki et Hiroshi Amano ont fait croître sur saphir du nitrure de gallium de haute qualité en déposant d’abord une couche tampon de nitrure d’aluminium, et en 1993 Shuji Nakamura a produit des LED bleues à base de GaN très lumineuses. Les trois ont partagé le prix Nobel de physique 2014. Les puces de LED bleues recouvertes de luminophore produisent l’essentiel de la lumière blanche à LED, et une synthèse de 2016 indique que le saphir en reste le substrat commercial le plus répandu. Le matériau sert aussi de fenêtre pour les capteurs infrarouges.

Le 16 mai 1960, Theodore Maiman a fait fonctionner le premier laser aux Hughes Research Laboratories de Malibu, en Californie, avec Irnee D’Haenens et Charles Asawa. Son milieu amplificateur était un petit barreau de rubis rose synthétique, d’environ 1 × 2 cm, aux extrémités argentées, entouré d’une lampe flash hélicoïdale. Les ions chrome (Cr³⁺), l’impureté qui colore le rubis gemme, absorbaient l’éclair et émettaient une lumière rouge cohérente à 694.3 nm. Hughes a annoncé le résultat en conférence de presse le 7 juillet 1960, et l’article de Maiman a paru dans Nature le 6 août. D’autres matériaux ont vite supplanté le rubis pour la plupart des usages, mais la fluorescence du rubis reste le manomètre de référence dans les cellules à enclumes de diamant.

Le quartz est présent dans presque tous les appareils électroniques. Il est piézoélectrique, effet découvert par Jacques et Pierre Curie en 1880 : comprimer le cristal produit une tension, et une tension le déforme. Une mince lame de quartz ou un diapason vibre donc à une fréquence très stable dans un circuit. Warren Marrison a construit la première horloge à quartz aux Bell Telephone Laboratories en 1927, puis un étalon de fréquence amélioré l’année suivante, publié en février par Horton et Marrison dans les Proceedings of the IRE. Seiko a vendu la première montre-bracelet à quartz, l’Astron, le 25 décembre 1969 ; son cristal oscillait à 8,192 Hz et donnait une précision d’environ cinq secondes par mois. La plupart des montres emploient aujourd’hui des cristaux à 32,768 Hz (2¹⁵ par seconde), et les oscillateurs commerciaux utilisent du quartz obtenu par voie hydrothermale plutôt que du cristal extrait.

L’automatisation va de l’usine de récupération à l’établi de classement. Dans les mines, les trieurs à transmission de rayons X (XRT) imagent le minerai concassé, distinguent le diamant de la roche par les différences de densité atomique et éjectent les diamants par jets d’air. Récupérer tôt les grosses pierres réduit le risque qu’elles se brisent lors des concassages ultérieurs. La mine de Karowe de Lucara, au Botswana, a installé des trieurs TOMRA XRT en 2017 et a récupéré en août 2024 le Motswedi, que TOMRA annonce à 2,492 ct comme le deuxième plus gros diamant enregistré ; Lucara donne 2,488 ct depuis décembre 2024.

À la planification du brut, les scanners de cartographie des inclusions, comme les systèmes Galaxy de Sarine, construisent un modèle en trois dimensions de la pierre et de ses défauts. Le logiciel de planification propose ensuite des formes taillées équilibrant le rendement (le poids conservé après la taille) et les grades qu’atteindrait chaque option.

Le classement est la cible la plus récente. Le 27 juillet 2020, GIA a annoncé avoir commencé à noter la pureté des diamants au moyen d’un système d’intelligence artificielle construit par IBM Research et entraîné sur les données de ses appareils et sur des dizaines de millions de diamants examinés par ses analystes. Tom Moses, de GIA, a dit que l’objectif était la constance, l’exactitude et la rapidité. Le système était en usage limité dans les laboratoires de GIA à New York et à Carlsbad, et GIA a indiqué qu’elle l’étendrait à d’autres tailles, formes et qualités. Sarine vend des appareils et des logiciels qui notent automatiquement couleur, pureté et taille. De tels systèmes appliquent les règles et les données d’entraînement sur lesquelles ils ont été bâtis : leurs résultats ne sont donc pas plus constants que ces références.

Un jumeau numérique est un enregistrement de données portant sur une seule pierre, construit à partir de balayages, de photographies, du poids et des résultats d’analyse, parfois dès le stade du brut afin que la gemme taillée puisse être rapprochée de sa source. De Beers a présenté sa plateforme blockchain Tracr en 2018 et l’a lancée à grande échelle en 2022. En 2025, elle faisait état de plus de trois millions de diamants enregistrés à la source, avec des données de pays d’origine pour les pierres de plus d’un carat, et exige de ses utilisateurs qu’ils soient membres du Responsible Jewellery Council. Une blockchain rend les enregistrements difficiles à modifier une fois écrits, mais ne peut prouver que la première saisie était exacte : c’est pourquoi Tracr associe son registre aux données de balayage de Sarine. Everledger, start-up pionnière de la provenance, est passée sous administration en 2023.

La cryptomonnaie a atteint le haut du marché le 9 juillet 2021, quand Sotheby’s Hong Kong a vendu The Key 10138, diamant poire de 101.38 ct de couleur D, pour US$12.3 millions payés en crypto. La tokenisation divise la propriété de pierres entreposées en unités numériques : Diamond Standard émet des pièces et des lingots contenant des diamants certifiés, enregistrés sur Hedera. Leur valeur dépend de la conservation, des audits et de la réglementation, non du seul registre.

GIA conseille aux acheteurs en ligne de vérifier les vues à 360° et les conditions de retour. Signet Jewelers a racheté Blue Nile pour US$360 millions en 2022 ; son rapport annuel de mars 2026 annonçait la fermeture de jamesallen.com, et son rapport trimestriel de septembre 2026 consigne le passage de James Allen au rang de collection au sein du site Blue Nile en mai 2026, avec $31.3 millions de dépréciations de stocks.