Couleur et traitement de la couleur des diamants

La plupart des diamants ne sont pas incolores, mais se présentent, au contraire, sous des couleurs très variées, plus ou moins intenses.

Les couleurs les plus fréquentes sont le jaunâtre, le brunâtre, le gris et le verdâtre, mais les plus recherchées sont: l’incolore ou blanc exceptionnel, le rose, le bleu, le rouge, l’or, le jaune canari, le jaune citron, le vert d’eau, le vert émeraude, l’orange, le cognac, le champagne, le violet et le bordeaux (non irradié).

Actuellement l’ordre des valeurs est: le rouge, le bleu, le vert, le rose, le blanc exceptionnel. Sutton avait classé les diamants en quatre catégories de couleur (voir tableau des valeurs dans le chapitre négoce):

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La couleur est influencée par la présence d’atomes d’azote qui se substituent à des atomes de carbone : les impuretés microscopiques à l’échelle atomique les plus fréquentes du diamant sont les atomes d’azote. Ils remplacent certains atomes de carbone.

On distingue deux sortes de diamant :

Les diamants du groupe Ia (Cape) forment la majorité des pierres qui ont été découvertes. Les atomes d’azote s’y agglutinent pour former de petits groupes ou agrégats. Chaque petit groupe est responsable de l’absorption de la lumière dans la région violette et provoque la coloration complémentaire qui est une teinte jaune. Selon la concentration de ces petits groupes, il en résulte des diamants ayant des teintes unicolores variant de la pierre incolore (couleur D) jusqu’à la pierre jaune fantaisie très intense, mais aussi des bruns gris, qui représentent 89 % des diamants.

Les diamants du type Ib contiennent des atomes d’azote isolés. Cette impureté donne une absorption continue de la partie verte du spectre vers le violet à laquelle le diamant de ce type doit sa couleur jaune orangé, orangé ou brune. Parmi les diamants jaunes, ceux de couleur jaune canari sont de loin les plus beaux et les plus rares, puisqu’ils représentent seulement 1 % des diamants jaunes.

Le type IIa correspond aux diamants chimiquement les plus purs et les plus rares. Ils ne contiennent pas d’azote et, de ce fait, sont incolores. Un grand nombre de diamants prestigieux appartiennent à cette catégorie et ont, souvent, une couleur D.

Si, après leur formation, ces diamants sont déformés, ils peuvent virer vers une couleur jaune brun peu attrayante ou vers une couleur rose ou violette.

Très souvent, on aperçoit dans ces pierres des structures cristallines incolores.

Les diamants du type IIb, aussi très rares, comprennent les diamants semi-conducteurs présentant des teintes bleues, grises, bleu gris ou un bleu d’encre sombre. Ils sont très rares et contiennent du bore qui détermine leur nuance bleue. Lorsqu’on irradie ces diamants IIb, on obtient des effets très divers. Immédiatement après le traitement, apparaissent des tons bleus, bleu vert ou verts qui dépendent du type et de l’intensité de l’irradiation à laquelle les pierres ont été soumises. On notera que certains diamants peuvent également subir des irradiations dans la nature et présenter les mêmes caractéristiques, mais c’est très rare. Si on chauffe ensuite ces diamants ainsi irradiés à des températures allant de 700 à 900 °C (ou une plus haute température mais sous vide afin qu’ils ne brûlent pas), la teinte bleue ou verte disparaîtra. Les accidents structuraux dus aux radiations sont mélangés aux défauts existants et les tons varieront du brun prononcé au brun orangé ou jaune (pour les pierres du type Ia) Ces couleurs sont produites par une absorption dans la région verte du spectre avec, entre autres, des raies à 503 et 496 nanomètres. On peut constater, en le regrettant, que ces raies existent aussi dans les diamants naturels. Autrefois, il était possible, d’après l’intensité de ces raies et la présence d’autres absorptions, de définir si une pierre avait été irradiée naturellement ou en laboratoire.

Par suite de l’évolution des techniques d’irradiation, le doute subsiste actuellement dans certains cas. La couleur est prévisible après l’irradiation, malheureusement après le traitement thermique, la couleur peut rechanger souvent de manière imprévisible.

Si on chauffe des diamants du type Ib, ils auront une teinte pourpre, mais les absorptions associées avec cette teinte sont totalement différentes de celle des diamants de même couleur de la catégorie IIa, laquelle s’est formée de toute autre manière.

En chauffant des diamants irradiés du type II, on remarque peu d’effets secondaires. En ce qui concerne ceux du type IIa, l’absorption typique disparaîtra après traitement et la couleur brune sera rétablie et même renforcée. Comme cette couleur n’est pas attrayante, le traitement n’a aucun intérêt.

En chauffant les pierres du type IIb, on rétablit la couleur initiale. Leur traitement ne se justifie donc pas. Au contraire de la couleur initiale qui est présente dans les autres types pendant et après le traitement, ce dernier diminue ou fait disparaître la couleur bleue des diamants traités du type IIb, tandis que les effets des irradiations deviennent visibles en spectroscopie (741 nanomètres).

Le procédé consistant à irradier une pierre pour en modifier la couleur n’est pas nouveau et, déjà au début du xxe siècle, William Crookes en découvrit le principe. Plus d’une centaine d’années après ses travaux, les pierres qu’il avait soumises au rayonnement de sels de radium sont encore dangereusement radioactives. Actuellement, l’irradiation par neutrons dans les réacteurs atomiques ou par électrons dans un cyclotron ne rend les pierres radioactives que pendant quelques heures après leur traitement. On peut s’en assurer au compteur Geiger qui réagit en présence d’une montre fluorescente mais demeure inerte au milieu d’un lot de pierres « bombardées ».

La modification des couleurs provient de ce que l’irradiation provoque le déplacement d’atomes, ce qui crée des accidents structuraux dans le réseau cristallin du diamant. Ces modifications entraînent une variation de l’absorption de la lumière.

Les couleurs obtenues sont généralement 113 verdâtres à bleuâtres, vert intense à vert bouteille. Le bombardement peut être suivi d’un traitement thermique à plus de 500 °C de manière à changer à nouveau la couleur. En tout état de cause, aucun de ces traitements ne peut blanchir des pierres teintées.

La modification des couleurs provient de ce que l’irradiation provoque le déplacement d’atomes, ce qui crée des accidents structuraux dans le réseau cristallin du diamant. Ces modifications entraînent une variation de l’absorption de la lumière. Les couleurs obtenues sont généralement 113 verdâtres à bleuâtres, vert intense à vert bouteille.

Le bombardement peut être suivi d’un traitement thermique à plus de 500 °C de manière à changer à nouveau la couleur. En tout état de cause, aucun de ces traitements ne peut blanchir des pierres teintées.

Le Dr Emmanuel Fritsch a fait une étude sur différents diamants de couleur : il a découvert que ceux-ci contenaient aussi de l’hydrogène dans la maille cristalline.

Certains étaient gris, jaunes et bleus. Ce qui remet en cause le fait établi que les diamants bleus sont tous conducteurs d’électricité. Les diamants provenaient de la mine Argyle et du Botswana.

Le diamant noir naturel : conducteur d’électricité

Une des particularités typiques du diamant est son rôle d’isolant électrique, propriété d’ailleurs utilisée dans l’automatisation de la taille du diamant. C’est un très bon isolant électrique du fait de l’immobilisation de ses électrons par les liaisons covalentes, à l’exception de quelques cas d’ailleurs très rares où il y a présence de bore au lieu d’azote. Il appartient alors au groupe IIb, comme c’est le cas pour le diamant bleu et il sera alors semi-conducteur.

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Quel ne fut pas mon étonnement de découvrir une conductibilité aussi forte que le fer ou le cuivre dans du diamant noir naturel. J’ai mesuré cette conductibilité à l’aide d’un appareil fort simple, combinaison de voltmètre-ohmètre : sur toutes les échelles de R x 10 à R x 1K, la conductibilité était maximale.

Ayant refait l’expérience sur des lots plus importants de quelques centaines de carats de diamants noirs, bruts et taillés, j’ai pu ainsi sélectionner de 30 à 40 % de diamants conducteurs.

Malheureusement, la conductibilité n’est pas homogène, en d’autres mots, cette conductibilité est forte en certains endroits et nulle ailleurs. Ceci résulterait de l’abondance des nuages d’inclusions de carbone, qui dans ce cas donneraient la conductibilité d’un côté extérieur à l’autre tout en suivant la structure de la pierre, le plus souvent dans le plan de clivage ou bien le long des lignes de macle, là où les inclusions sont généralement les plus abondantes.

Le diamant noir, plus fragile que le diamant gris, de qualité bort, est une variété qu’il ne faut pas confondre avec le carbonado du Brésil. Sa couleur noire provient du grand nombre d’inclusions noires (graphite) qui absorbent presque toute la lumière. Lorsqu’il est de bonne qualité, il est brillant, sinon il est terne et mat. On imagine les applications industrielles multiples de cette propriété pour fabriquer par exemple des interrupteurs qui résisteraient au frottement, puisque le diamant est la substance la plus dure au monde.

Les traitements de la couleur sont :

Les diamants irradiés

Vu que leur valeur est bien inférieure à celle d’un diamant de couleur naturelle, il est important de les détecter.

Détection

Le test déterminant reste la spectrographie, lorsque la bande d’absorption n’est pas assez visible à 5940 nm, on refroidit le diamant à la température du nitrogène liquide. Malheureusement, lorsque l’on chauffe le diamant après l’irradiation à plus de 1000 °C, le test ne marche plus.

Il faut alors chercher les bandes d’absorption dans l’infrarouge à 1936 nm et 2024 nm.

Lors de la taille du diamant sur des disques métalliques, il est possible que d’infimes particules microscopiques s’imprègnent dans le diamant par des fentes (glets) ou des pores. Durant l’irradiation les particules absorbent une forte dose d’énergie et se transforment en isotopes radioactifs. Ce qui rend le diamant dangereux. La détection peut être faite à l’aide d’un compteur Geiger. Ce problème est majeur dans le cas des diamants noirs traités aux neutrons.

La seule solution dans ce cas est de faire bouillir la pierre sous vide (deep boiling) dans de l’acide renforcé qui enlèvera les fines particules radioactives, ce qui en revanche déplace le problème, car dans ce cas c’est l’acide qui est devenu radioactif. Ceci est strictement interdit.

Lors des importations, un contrôle très strict est exercé sur la radioactivité des diamants par le Diamond office d’Anvers afin d’éviter que les diamants radioactifs échouent sur le marché anversois.

Un diamant irradié sous contrôle ne présente aucun danger pour l’homme car les radiations du soleil, les expositions lors de vols intercontinentaux, les promenades en montagne ou l’exposition aux rayons X lors de visites médicales sont bien plus grandes.

Le diamant possède une propriété qui, en plus des autres qualités connues, ajoute un élément de « noblesse » spécifique, selon Herman Brauner de l’I.G.I. Le diamant est un des 4 éléments dont le graphite, irradié, n’émet pas de radioactivité. Si on soumet par exemple une topaze, dans l’intention de modifier la couleur, à un « bombardement » d’électrons ou neutrons, la topaze deviendra dangereusement radioactive, alors que le diamant, testé avec un détecteur Geiger, ne montrera aucun signe de radioactivité.

Certains diamants noirs traités par irradiation, peuvent légèrement réagir radioactivement, mais ceci est dû à la présence dans les glets de résidus étrangers. Trempés dans des acides forts, ces résidus sont éliminés. Mais depuis un certain temps, il n’est plus procédé à l’irradiation pour obtenir la couleur noire, mais à la graphitisation, par laquelle apparaît une infime couche de graphite semi-conducteur provenant du même diamant, et obtenue thermiquement. Toutes les autres couleurs irradiées ne sont pas radioactives.

En revanche toute radiation, de quelque source que ce soit, laisse une trace qu’on peut déceler avec divers types de spectromètres ; cette trace n’est absolument pas une indication de radioactivité.

On trouve beaucoup de diamants qui présentent une trace de radiation naturelle dans les pays suivants : Centrafrique, Bangui, Zimbabwe, Venezuela, Brésil. Tout diamant de nuance verte en présente également. Cela peut présenter un problème d’identification en cas de couleur fantaisie. Les pierres blanches ou légèrement teintées ne peuvent théoriquement pas être le produit d’irradiation artificielle ; l’indication d’irradiation naturelle et artificielle est grosso modo la même, c’est pourquoi il faut, en cas de couleur fantaisie, avoir une bonne connaissance des tests sophistiqués et connaître l’origine des couleurs (pays d’extraction) pour séparer les deux possibilités, explique Herman Brauner de l’IGI.

La spectrométrie miniature à l’aide de fibre optique

Grâce à de nouvelles évolutions dans le domaine de la fibre optique, et la miniaturisation des composants optiques et détecteurs, nous pouvons observer une évolution dans la spectrométrie.

La fibre optique à basse absorption permet de transporter des informations spectrales sur de grandes distances, de l’endroit de mesure à un spectromètre miniature situé sur une carte logicielle. Grâce à un logiciel performant, le spectre est adaptable à des recherches spécifiques. Le tout se produit à une vitesse si rapide qu’on peut parler d’une spectrométrie online ayant les mêmes performances que les appareils volumineux et onéreux actuellement sur le marché. Le système est prévu pour l’emploi d’un ordinateur (éventuellement portable) car le programme logiciel est basé sur ms-dos mais peut aussi bien être mis sur Windows. Ce qui rangera définitivement le spectroscope manuel classique parmi les instruments de gemmologie dépassés tels que les ballons remplis d’eau et de sulfate de cuivre ou la balance mécanique.

Malgré l’amélioration de la lecture au spectroscope au fil des années, le spectroscope manuel a toujours été la bête noire des gemmologues ; il est souvent employé en dernier ressort après avoir employé tous les autres instruments. Ceci fait suite à sa manipulation et à sa lecture, qui sont fort incommodes.

Pourtant le spectroscope est souvent un instrument indispensable et parfois déterminant dans l’étude des gemmes.

Le nouveau spectroscope électronique placera cet instrument parmi les premiers à utiliser lors d’analyses de pierres précieuses.

Le AvaSpec-2048 construit par Océan Optics (EU) et distribué par Avantes, Top Sensor Systems à Eerbeek aux Pays-Bas est composé de deux éléments. Une sphère intégrée à lampe halogène et un spectroscope électronique. L’élément optique de quelques centimètres permettant une résolution de 0,5 à environ 10 nm selon le choix des composants. L’appareil est composé d’un couple de miroirs concaves, une maille de réflexion et un capteur CCD array de 1024 éléments. L’élément est très robuste. Par ailleurs, l’absence d’éléments mobiles n’oblige pas à un post-calibrage.

Ce sont ces spécifications qui rendent ce spectromètre extrêmement valable dans les mesures industrielles et de gemmologie.

Une grande flexibilité dans l’emploi de la gamme d’ondes, de la résolution spectrale et de la sensibilité est obtenue grâce à la possibilité de choisir une longue sélection dans le spectre de diffraction ; la fibre optique permet de travailler entre 360 et 1100 nm avec une largeur maximum de 500 nm par exemple. Par ailleurs, on peut obtenir une résolution de 0,5 nm grâce au choix judicieux du spectre et de la fibre optique. Le spectromètre capte le spectre de la pierre précieuse dans la sphère qu’on illumine ; on prend les mesures à l’aide d’un câble en fibre optique par lequel la lumière est ensuite captée par le biais d’une grille de diffraction sur une rangée de capteurs CCD. L’élaboration digitale a lieu grâce à l’ordinateur et au programme logiciel du spectroscope.

Cet instrument permet aussi de mémoriser les résultats qui par la suite serviront de référence. L’ensemble sans l’ordinateur ne revient pourtant pas beaucoup plus cher qu’un spectroscope à main de qualité.

Il permet d’identifier les diamants traités.