Des scientifiques produisent des diamants en laboratoire en quelques minutes et à température ambiante

Dans la nature, les diamants se sont formés il y a des milliards d’années dans les profondeurs de la croûte terrestre, dans des conditions de chaleur et de pression intenses. En général, les diamants se forment à des profondeurs d’environ 150-200 kilomètres  sous la surface de la Terre, où la température moyenne est de 900 à 1 300 °C et la pression est environ 50 000 fois plus élevée à la surface. C’est également la raison pour laquelle les diamants sont si convoités, car il a fallu des millions d’années pour les fabriquer dans ces conditions particulières.

Mais récemment, des scientifiques australiens affirment qu’ils peuvent fabriquer des diamants en quelques minutes seulement, et à température ambiante en plus.

Comme les diamants sont si rares, les géologues ont cherché à développer des méthodes pour créer des diamants artificiels. Ce n’est que dans les années 1950 que des scientifiques suédois et américains ont finalement découvert comment convertir le graphite et le fer fondu en un diamant synthétique, réalisant ainsi la prédiction littéraire de Jules Verne.

La méthode la plus courante de création de diamants synthétiques utilisée dans l’industrie est appelée haute pression, haute température (HPHT). Pendant la HPHT, le carbone est soumis à des températures et des pressions aussi élevées que le carbone qui s’est transformé en diamant il y a des milliards d’années.

Dans leur nouvelle étude, des physiciens de l’Université nationale australienne (ANU) et de l’Université RMIT de Melbourne ont décrit comment ils ont créé deux types de diamants. L’un est similaire à celui utilisé en bijouterie, l’autre est un type plus dur que d’habitude appelé lonsdaléite, créé par des impacts de météorites.

Les structures cristallines du diamant cubique et de la Lonsdaléite hexagonale ont des dispositions d’atomes différentes. (Wikimédia)

Ce qui est étonnant, c’est que les deux types de diamants ont été produits à température ambiante, ce qui est un énorme progrès, surtout pour la rare variété de lonsdaléite qui est 58% plus dure que les diamants ordinaires. Cependant, les scientifiques ont dû exercer une pression immense sur les atomes de carbone, l’équivalent de 640 éléphants d’Afrique en équilibre sur la pointe d’une chaussure de ballet.

Xingshuo Huang, doctorant à l’Université nationale australienne, tient la cellule à enclumes de diamant que l’équipe a utilisée pour fabriquer les diamants dans le laboratoire. (Jamie Kidston/ ANU)

Selon le professeur Jodie Bradby de l’Université des Nations unies :

La difficulté réside dans la manière dont nous appliquons la pression. En plus des très hautes pressions, nous permettons au carbone de subir un phénomène appelé « cisaillement », qui est comme une force de torsion ou de glissement. Nous pensons que cela permet aux atomes de carbone de se mettre en place et de former de la Lonsdaléite et du diamant.

De petites tranches de diamants ont été découpées puis placées sous le microscope électronique afin que les chercheurs puissent mieux comprendre leur structure et la façon dont elles se sont formées. De cette façon, ils ont remarqué que les matériaux se formaient à l’intérieur de bandes, qu’ils appellent « rivières ».

Cette image au microscope électronique montre une « rivière » de diamant dans une « mer » de Lonsdaléite. (Université RMIT)

Selon le professeur Dougal McCulloch de l’université RMIT :

Nos photos ont montré que les diamants réguliers ne se forment qu’au milieu de ces veines de Lonsdaléite selon cette nouvelle méthode mise au point par notre équipe interinstitutionnelle. Voir ces petites « rivières » de lonsdaléite et de diamants réguliers pour la première fois était tout simplement incroyable et nous aide vraiment à comprendre comment ils peuvent se former.

Ces diamants artificiels ne sont pas destinés à être utilisés comme des bijoux, même s’il n’y aurait pas de mal à les utiliser dans le cadre d’un engagement. Ils sont plutôt destinés à des applications industrielles où il est nécessaire de trancher des matériaux durs sur des sites miniers, par exemple, ou comme écran de protection.

 

L’étude publiée dans la revue Small : Investigation of Room Temperature Formation of the Ultra‐Hard Nanocarbons Diamond and Lonsdaleite et présentée sur le site de l’Université nationale australienne : Scientists make insta-bling at room temperature et sur le site de l’université RMIT : Scientists defy nature to make insta-bling at room temperature.