Technologie

Le diamant industriel est un diamant choisi pour sa performance et non pour son aspect, et il est presque entièrement fabriqué en usine. L’US Geological Survey rapporte 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 de diamant industriel manufacturé a dépassé 15 milliards de carats. La Chine en est le premier producteur, devant les États-Unis et la Russie, et les trois réunis assurent environ 99% de la production synthétique.

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

L’essentiel du diamant industriel sert d’abrasif : grain lié 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 usage majeur. GE a inventé le compact de diamant polycristallin (PDC), une couche de diamant fritté liée à du carbure de tungstène, en 1971, et a commencé à vendre des taillants PDC en 1976. Un historique rédigé en 2015 par un ingénieur de Baker Hughes indiquait que les outils PDC forent plus de 90% du métrage mondial des puits de pétrole et de gaz. Les outils à pointe de diamant usinent aussi les alliages d’aluminium, les composites et les céramiques, mais ils s’usent vite sur l’acier, car le fer chaud dissout le carbone.

Le diamant réunit des propriétés qui coexistent rarement. Le monocristal de diamant de haute pureté conduit la chaleur à plus de 2,000 W/m·K à température ambiante, environ cinq fois mieux que le cuivre, tout en restant un isolant électrique doté d’une bande interdite (l’énergie nécessaire pour libérer un électron et faire circuler un courant) de 5.47 eV, contre 1.12 eV pour le silicium. Ces deux chiffres expliquent ses principaux rôles de haute technologie.

Comme diffuseur de chaleur, une mince plaquette 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 lancé en juin 2024 un partenariat sur le monocristal de diamant à l’échelle de la plaquette, alors qu’Orbray avait fait croître du matériau monocristallin jusqu’à 55 mm ; en juin 2026, les deux ont annoncé disposer d’un procédé reproductible pour des substrats de 3 pouces et travailler sur des substrats de 4 pouces.

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 un dopage de type n efficace et de grandes plaquettes peu défectueuses restent des problèmes de recherche : les transistors au diamant en sont donc encore 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 seulement entre 2.5 et 6.5 µm. On l’emploie pour les fenêtres des lasers à dioxyde de carbone, les lignes de lumière X de synchrotron 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 vide du réseau. Sous sa forme chargée négativement, le défaut possède un état fondamental triplet de spin : trois sous-niveaux magnétiques, dont deux se situent à 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 se lire 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 des spins électroniques dans deux diamants distants de 1.3 km et réalisé l’un des premiers tests de Bell sans échappatoire. Le matériel a suivi la physique : en 2022, le Pawsey Supercomputing Research Centre de Perth a installé un accélérateur quantique au diamant fonctionnant à température ambiante, construit par Quantum Brilliance. Le diamant de qualité quantique est fabriqué plutôt qu’extrait, obtenu par CVD avec de l’azote ajouté en quantités maîtrisées.

Une cellule à enclumes de diamant (DAC) comprime un échantillon entre les pointes plates de deux diamants de qualité gemme. Les enclumes pèsent d’ordinaire entre 1/8 et 1/3 ct, et leurs pointes polies, appelées colettes, mesurent typiquement 100–250 µm. Comme une force modeste agit sur une aire minuscule, la pression entre elles 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 que les chercheurs peuvent mesurer l’échantillon sous pression, et que des lasers peuvent le chauffer en même temps.

La gemmologie a fourni le manomètre. En 1972, des chercheurs du NBS ont publié une méthode fondée sur les raies de fluorescence rouges et étroites du rubis, qui se déplacent régulièrement vers les grandes longueurs d’onde à mesure que la pression monte : un éclat de rubis placé à côté de l’échantillon fait ainsi 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 deux étages ont donné lieu en 2012 à des pressions supérieures à 600 GPa. Les expériences en DAC fondent les modèles d’intérieurs planétaires et la recherche de nouvelles phases de haute pression, des formes denses de la glace et de l’azote aux hydrures supraconducteurs.

Le saphir synthétique est un monocristal d’oxyde d’aluminium, 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 hors de l’alumine fondue, tandis que l’ancien procédé Verneuil de fusion à la flamme fournit encore de petites pièces et du brut gemme.

À 9 sur l’échelle de Mohs, le saphir résiste à la rayure de presque tout, sauf du diamant et de quelques autres matériaux superdurs. La plupart des montres de luxe emploient une glace saphir (le couvercle transparent au-dessus du cadran). Apple annonce un écran à glace saphir plate sur l’Apple Watch Ultra 3 et une protection d’objectif en saphir sur les appareils photo de l’iPhone 17 Pro. Les écrans de téléphone en saphir se sont révélés plus difficiles à produire à grande échelle : GT Advanced Technologies, qui avait bâti une activité saphir pour approvisionner Apple, s’est déclarée en faillite en octobre 2014.

Le principal usage industriel est celui de substrat, la plaquette sur laquelle d’autres cristaux sont formés. 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 brillantes à base de GaN. Les trois ont partagé le prix Nobel de physique de 2014. Les puces de LED bleues recouvertes d’un luminophore produisent l’essentiel de la lumière blanche à LED, et la plupart de ces puces sont encore formées sur saphir. Le matériau sert aussi de fenêtre pour les capteurs infrarouges et les lecteurs de codes-barres.

Le 16 mai 1960, Theodore Maiman, avec Irnee D’Haenens et Charles Asawa, aux Hughes Research Laboratories de Malibu, en Californie, a fait fonctionner le premier laser. 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 lors d’une conférence de presse à New York le 7 juillet 1960, et la brève note de Maiman a paru dans Nature le 6 août. D’autres matériaux laser ont vite supplanté le rubis pour la plupart des usages, mais la fluorescence du rubis reste le manomètre de référence des cellules à enclumes de diamant.

Le quartz travaille 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 minuscule diapason vibre donc à une fréquence très stable lorsqu’on l’insère dans un circuit. Warren Marrison et J. W. Horton ont construit la première horloge à quartz aux Bell Telephone Laboratories en 1927. Seiko a vendu la première montre-bracelet à quartz, l’Astron, le 25 décembre 1969 ; son cristal battait à 8,192 Hz et tenait l’heure à environ cinq secondes par mois. La plupart des montres emploient aujourd’hui des cristaux à 32,768 Hz (2¹⁵ vibrations par seconde), et les oscillateurs commerciaux emploient du quartz obtenu par voie hydrothermale en autoclaves plutôt que du cristal extrait.

L’automatisation va désormais de l’usine de récupération à l’établi du classificateur. Dans les mines, les trieurs à transmission de rayons X (XRT) imagent le minerai concassé qui passe devant une source de rayons X, distinguent le diamant de la roche encaissante par les différences de densité atomique, et éjectent les diamants par des jets d’air. Comme le XRT permet de récupérer les grosses pierres tôt dans le traitement, il réduit le risque qu’elles se brisent lors des concassages suivants. La mine de Karowe de Lucara, au Botswana, a installé des trieurs XRT de TOMRA en 2017 et a récupéré en août 2024 un diamant de 2,492 ct, que TOMRA décrit comme le deuxième plus gros diamant répertorié.

Pour la planification du brut, des scanners de cartographie des inclusions comme les systèmes Galaxy de Sarine construisent un modèle en trois dimensions de la pierre et de ses défauts internes. Les logiciels de planification proposent ensuite des formes taillées qui équilibrent le rendement (le poids conservé après la taille) et les grades que chaque option atteindrait.

Le classement est la cible la plus récente. Le 27 juillet 2020, le GIA a annoncé qu’il avait commencé à classer la pureté des diamants avec 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 que ses propres classificateurs avaient examinés. Le système était employé de façon limitée dans les laboratoires du GIA de New York et de Carlsbad, et le GIA annonçait l’étendre à d’autres tailles, formes et qualités. Sarine vend des appareils d’imagerie et des logiciels qui classent automatiquement la couleur, la pureté et la taille. De tels systèmes appliquent les règles de classement et les données d’entraînement sur lesquelles ils ont été bâtis : leurs résultats ne sont donc pas plus cohérents que ces références.

Un jumeau numérique est l’enregistrement des données d’une pierre précise, bâti à partir de numérisations, de photographies, du poids et des résultats de classement, parfois dès le stade du brut afin que la gemme taillée puisse être rapprochée de sa source. De Beers a présenté sa plateforme sur chaîne de blocs Tracr en 2018 et l’a lancée à grande échelle en 2022. En 2025, l’entreprise déclarait plus de trois millions de diamants enregistrés à la source, avec des données de pays d’origine pour les diamants de plus d’un carat, et elle exige de ses utilisateurs qu’ils appartiennent au Responsible Jewellery Council. Une chaîne de blocs rend les écritures difficiles à modifier une fois inscrites, mais ne peut prouver l’exactitude de la première d’entre elles : c’est pourquoi Tracr associe son registre aux données de numérisation de Sarine. Everledger, jeune pousse pionnière de la provenance sur chaîne de blocs, est entrée en redressement judiciaire 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 et de couleur D, pour US$12.3 millions réglés en cryptomonnaie. La tokenisation divise la propriété de pierres entreposées en unités numériques. Diamond Standard, par exemple, émet des pièces et des lingots contenant des diamants certifiés et les inscrit sur le réseau Hedera. La valeur de tels jetons dépend de la conservation, des audits et de la réglementation, non du registre seul.

Pour l’achat en ligne, le GIA conseille de rechercher des vues à 360° et de vérifier les conditions de retour. Signet Jewelers a racheté Blue Nile pour US$360 millions en 2022 et a annoncé en mars 2026 qu’il intégrerait son site James Allen à Blue Nile.