Diamant 101

Les secrets renfermés dans les diamants

La maille de carbone qui confère au diamant sa brillance renferme des éléments révélateurs de l’histoire de notre planète.

Au-delà de leur grande beauté, les diamants sont précieux pour les scientifiques pour tous les aspects que nous ne pouvons pas observer à l’œil nu.

Les diamants se forment lorsque des atomes de carbone se lient entre eux de façon presque exclusive. Plus précisément, chaque atome de carbone se lie à quatre autres atomes de carbone. Les forces électrostatiques à l’intérieur et entre les atomes de carbone liés les enferment dans un espacement parfaitement uniforme: chaque atome de carbone est exactement à la même distance des autres atomes de carbone auxquels il est lié. L’espacement régulier et précis entre les atomes dans l’espace tridimensionnel permet aux diamants d’être transparents. C’est aussi pourquoi les diamants peuvent être taillés à des angles précis, formant des lignes et des plans parfaits. C’est ce qui leur donne leur éclat.

Le carbone est l’un des rares atomes capables de former des liaisons aussi parfaites et uniformes avec ses semblables. Cette caractéristique est l’une des raisons pour lesquelles les diamants sont uniques par rapport aux autres matériaux naturels. Cependant, il ne suffit pas que les atomes de carbone se lient entre eux de manière spécifique pour donner naissance aux diamants. En effet, ce n’est que dans des conditions très précises – à des températures et des pressions très élevées – que les diamants se forment.

Rough and polished natural diamonds

Ces conditions ont existé dans les profondeurs de la Terre, il y a des milliards d’années.

A cette époque, notre planète en était à ses balbutiements. Sa surface extérieure, la croûte continentale et océanique qui abrite la riche diversité de la vie que nous connaissons aujourd’hui, était encore en développement à partir de la bouillante et tourbillonnante boule de liquides et de gaz qui constituait la Terre à l’époque. On ignore encore exactement comment et quand les continents ont émergé de cette bouillonnante soupe en fusion. On ne sait pas non plus dans quelle mesure la croûte terrestre a émergé de son manteau enflammé pour être ensuite consumée par celui-ci et reconstituée à nouveau.

L’un des obstacles à la compréhension de la formation de la croûte terrestre est le fait qu’elle s’est produite il y a si longtemps et si loin sous la surface de la Terre, qu’il est tout simplement impossible de collecter des échantillons à de telles profondeurs avec la technologie actuelle. Même si l’on pouvait aller aussi loin dans les entrailles de la Terre, comment recueillir des échantillons datant d’un milliard d’années?

C’est là que réside la valeur cachée des diamants: ce sont des capsules idéales dans lesquelles des messages datant de milliards d’années  nous sont transmis à travers le temps, les profondeurs, les pressions et les températures de toute évidence insoutenables.

Les diamants transportent des messages datant de plusieurs milliards d’années depuis le manteau de la Terre jusqu’à sa surface.

Une fois formés, les diamants sont presque impossibles à transformer: ils ne peuvent généralement ni brûler, ni rouiller ou se dissoudre en milieu acide, basique, aqueux ou pétrolier. Ces propriétés garantissent que les informations véhiculées par les diamants sont préservées tout au long de leur voyage d’un milliard d’années jusqu’aux mains des scientifiques contemporains qui attendent avec avidité l’occasion de les décoder.

Les messages portés par les diamants se présentent sous plusieurs formes. L’une d’elles est transmise par les atomes de carbone eux-mêmes.

Au cœur de chaque atome de carbone se trouve un groupe de protons et de neutrons autour duquel tournent les électrons de l’atome. Un atome de carbone typique se compose de six protons, six électrons et six neutrons. Le nombre de protons et d’électrons est relativement fixe, mais le nombre de neutrons peut varier. Les atomes de carbone ayant un nombre de neutrons différent sont appelés isotopes du carbone.

Seuls trois isotopes du carbone sont présents sur Terre. Le carbone 12 est l’isotope le plus courant et représente environ 99% du carbone sur Terre. La grande majorité du pourcentage restant est constituée de carbone 13. Ces deux isotopes étant stables, il est peu probable qu’ils se transforment en un autre isotope ou élément au fil du temps.

Le troisième isotope du carbone présent sur Terre, le carbone 14, est lui instable. Il se transforme progressivement en azote au cours de milliers d’années. L’instabilité du carbone 14 permet aux scientifiques de déterminer l’âge d’échantillons en comparant le rapport entre le carbone 14 et les autres isotopes du carbone présents.

Woman in lab coat examining diamonds, ALROSA
ALROSA

La méthode de datation au carbone 14 n’est pas adaptée à la détermination de l’âge des diamants; le carbone se transforme en azote si rapidement qu’il ne peut être utilisé que pour déterminer l’âge d’organisme datant jusqu’à peu près 50 000 à 60 000 ans.

Heureusement, les isotopes d’autres atomes se transforment beaucoup plus lentement et peuvent être utilisés pour déterminer l’âge d’échantillons beaucoup plus anciens, y compris les diamants.

Les rapports entre le carbone 12 et le carbone 13 dans différentes structures de la Terre sont assez prévisibles et agissent comme des «empreintes digitales» qui peuvent fournir aux scientifiques des informations sur l’origine ou la provenance d’un élément ou d’une caractéristique géologique. Pour les scientifiques désireux de comprendre l’origine des continents de la Terre, le rapport entre le carbone 12 et le carbone 13 trouvé dans les diamants indique quels sont les éléments à partir desquels ils ont été formés.

Les diamants sont également porteurs d’autres types de messages sur les éléments: ces messages se présentent sous la forme de particules enfermées à l’intérieur des diamants lors de leur formation, communément appelées inclusions. En effet, les inclusions sont de minuscules données historiques qui ont été captées par le diamant lors de sa formation.

Les inclusions permettent aux scientifiques de collecter et d’examiner des échantillons géologiques remontant à des milliards d’années.

Les inclusions aident les scientifiques à comprendre comment les différents éléments étaient répartis sur et sous la surface de la Terre il y a des milliards d’années et dans quelle mesure la croûte terrestre a été ramenée de sa surface vers son manteau. Les scientifiques peuvent également utiliser la composition des inclusions pour déduire la température et la pression qui régnaient au moment où le diamant – et donc la croûte primitive – se sont formés.

Examining natural rough diamond through a loupe

Ainsi, les taux de carbone 12 et de carbone 13, la composition élémentaire des inclusions et les proportions d’autres isotopes instables présents dans les diamants sont décodés pour fournir des informations cruciales sur la formation et la transformation de la surface de notre planète au fil du temps.

Pour les scientifiques, la valeur d’un diamant réside dans les informations qu’il renferme sur l’histoire de notre planète. Intégré dans sa propre structure et parfois capturé à l’intérieur de sa forme quasi immuable, chaque diamant contient des indices sur la façon dont notre planète s’est développée pour devenir la Terre que nous connaissons aujourd’hui.

Les diamants sont de véritables merveilles naturelles: ce sont des capsules temporelles qui permettent aux scientifiques de recueillir des échantillons datant de milliards d’années.

Tout comme il porte en lui des messages cachés de notre planète, chaque diamant présente également la trace de son origine et des conditions qu’il a connues au cours de sa formation. Son histoire unique est à jamais intégrée et identifiée dans sa structure élémentaire.

Quels précieux secrets vos diamants ont-ils à révéler ?