Les diamants figurent parmi les créations les plus précieuses et les plus belles de la nature. Mais avec toute cette beauté viennent parfois quelques défauts qui peuvent faire perdre à un diamant son éclat. Pour préserver la qualité des diamants, il est important de connaître leurs propriétés et leurs défauts courants, et d’être au fait des technologies de pointe utilisées pour les analyser.
Dans cet article, nous mettons en lumière les diamants en décrivant leur composition, en explorant leurs défauts les plus courants, et en examinant ces imperfections de près grâce à deux outils d’inspection différents : les microscopes numériques et les microscopes confocaux à balayage laser.
De quoi est fait un diamant ?
Un diamant est une forme solide de carbone dont les atomes sont organisés selon une structure cristalline qualifiée de « cubique diamant » (les atomes sont disposés en réseau 3D tétraédrique). Les diamants se forment dans les profondeurs du manteau terrestre, généralement de 150 à 200 kilomètres sous la surface, dans des conditions de haute pression et de température élevée.
En raison de leurs conditions de formation et de leur structure atomique unique, les diamants sont les matériaux naturels les plus durs et ceux ayant la meilleure conductivité thermique. Ces propriétés sont exploitées dans d’importantes applications industrielles, notamment pour les outils de coupe et de polissage. Les diamants bruts sont extraits puis transformés en pierres précieuses dans le cadre d’un processus en plusieurs étapes appelé « taille ».
Bien que rigides, les diamants sont également cassants et peuvent se briser sous un simple impact. C’est pourquoi la taille des diamants est considérée depuis longtemps comme une opération délicate nécessitant des compétences, des connaissances, des outils appropriés et une grande expérience. La taille de diamants demande une grande précision et une expertise approfondie pour maximiser les propriétés optiques de ces pierres et minimiser la perte de matière durant le processus. L’objectif final est de produire un bijou facetté dont les angles spécifiques entre les facettes optimisent l’éclat du diamant (c’est-à-dire la dispersion de la lumière blanche).
Les diamants sont taillés dans une grande variété de formes, telles que le brillant rond, la poire (ou goutte d’eau), la marquise, l’ovale, et les cœurs et flèches. La valeur d’un diamant est déterminée par une combinaison de facteurs connus sous le nom des « 4C » : la coupe, la couleur, la clarté et le poids en carats. Divers organismes de certification américains attestent la qualité des diamants.
Quels types de défauts retrouve-t-on sur/dans les diamants ?
Les imperfections que l’on retrouve sur/dans les diamants peuvent être classées comme des défauts externes ou internes. Elles sont évaluées et classées par des gemmologues certifiés en fonction de critères de classement normalisés. Le type, la gravité, la taille et l’emplacement des imperfections peuvent influencer le degré de pureté d’un diamant. Voici quelques-unes des imperfections que l’on peut retrouver sur/dans un diamant :
Défauts externes des diamants
- Défauts de surface – Ces imperfections sont présentes à la surface d’un diamant et peuvent survenir naturellement.
- Griffures – Il s’agit de fines lignes présentes à la surface du diamant. Elles peuvent être naturelles ou survenir lors de la taille de la pierre.
- Facettes supplémentaires – Ces facettes sont généralement ajoutées pour éliminer des imperfections ou des inclusions. Il arrive aussi qu’on les taille pour améliorer la brillance du diamant.
- Cassure – Il s’agit d’une brisure qui n’est pas parallèle au plan de clivage. Ces cassures sont souvent de forme irrégulière, donnant au diamant un aspect ébréché.
- Empreintes digitales – Ce sont des inclusions en forme d’empreintes digitales. Elles sont toutefois rares dans les diamants par rapport à d’autres pierres comme les rubis.
- Piqûres – Il s’agit de petits trous à la surface du diamant, généralement invisibles à l’œil nu.
- Éclats – Ce sont des parties ébréchées ou cassées du diamant, souvent réparées par l’ajout de facettes supplémentaires.
Défauts internes des diamants
- Inclusions cristallines/minérales – Certains diamants contiennent de minuscules cristaux, minéraux ou même d’autres diamants.
- Inclusions ponctuelles – Ces inclusions sont de minuscules cristaux, généralement blancs, présents à l’intérieur du diamant.
- Aiguilles – Les cristaux de diamant peuvent se présenter sous forme de longues et fines aiguilles, parfois invisibles à l’œil nu.
- Nuage – La présence de trois inclusions ponctuelles ou plus, à proximité les unes des autres, peut créer une zone floue appelée « nuage » dans le diamant.
- Nœuds – Lorsque des cristaux de diamant atteignent la surface de la pierre, ils sont appelés « nœuds ». Ces nœuds peuvent être observés dans des conditions d’éclairage appropriées à l’aide d’une loupe à diamant.
- Grainage – Les inclusions cristallines dans les diamants se présentent sous forme de lignes appelées « grainage ». Il ne faut pas confondre le grainage avec les lignes de grain naturelles d’un diamant brut.
Cinq façons de détecter les défauts d’un diamant à l’aide d’un microscope
Pour identifier les imperfections d’un diamant et améliorer le contrôle qualité, nous pouvons recourir à des solutions technologiques avancées, comme à un microscope numérique et à un microscope confocal à balayage laser.
Microscope numérique DSX1000
Par exemple, notre microscope numérique DSX1000 peut prendre de manière fluide des images dans une grande variété de modes d’observation, y compris le fond clair, l’éclairage oblique, le fond noir et le contraste interférentiel différentiel (CID), afin de mettre en évidence les rayures sur la surface d’un diamant. Nous pouvons également utiliser le microscope numérique avec une lumière polarisée pour explorer d’autres types de défauts internes ou externes, comme les inclusions, les cassures et les piqûres.
Voici un aperçu de ces méthodes pouvant être utilisées pour détecter les défauts sur un diamant :
1. Observation en fond clair
L’observation en lumière réfléchie en fond clair est une méthode couramment utilisée pour examiner les défauts des diamants en raison de sa simplicité et de son efficacité à éclairer les échantillons. L’échantillon de diamant apparaît brillant sur un fond sombre, offrant un contraste qui améliore la visibilité des défauts et des inclusions. Ce contraste facilite la détection des imperfections telles que les cassures, les inclusions et d’autres irrégularités structurelles.
Observation en fond clair d’un défaut sur un diamant au moyen d’un objectif DSX10-SXLOB3X
Il est également possible d’utiliser le fond clair en association avec d’autres techniques d’imagerie et d’éclairage pour obtenir un tableau plus complet des caractéristiques d’un diamant. Par exemple, vous pouvez combiner l’observation en fond clair avec la lumière polarisée, le fond noir, le contraste interférentiel différentiel (CID) ou l’éclairage oblique pour examiner différents aspects de la structure de la pierre et détecter une plus grande variété de défauts et d’inclusions. L’image ci-dessous montre un diamant observé avec les méthodes de fond clair et de fond noir combinées.
Observation MIX d’un diamant (combinaison des méthodes de fond clair et de fond noir).
Image prise au moyen du microscope numérique DSX1000.
2. Observation en fond noir
L’observation en lumière réfléchie en fond noir est une méthode précieuse pour visualiser les défauts des diamants, car elle offre un contraste et une sensibilité accrus aux irrégularités de surface ainsi qu’aux inclusions. L’échantillon de diamant apparaît sombre sur un fond lumineux en raison de l’angle d’éclairage oblique. Cette technique d’éclairage à fort contraste accentue les caractéristiques et les imperfections de la surface, rendant plus visibles même les défauts les plus subtils.
Par conséquent, l’observation en fond noir est particulièrement efficace pour détecter les griffures de surface, les abrasions, les marques de polissage et d’autres défauts externes sur les diamants. Comme le montre l’image ci-dessus, l’observation en fond noir complète l’observation en fond clair en offrant une vue différente de la surface et de la structure interne du diamant.
3. Observation en contraste interférentiel différentiel (CID)
L’observation en CID peut améliorer le contraste des échantillons transparents et semi-transparents, tels que les diamants. Lors de l’examen des diamants, cette technique permet de voir les caractéristiques structurelles fines et les défauts de la pierre avec un contraste et une clarté élevés. Voici quelques exemples :
Observation en CID d’un défaut sur un diamant. Image prise au moyen d’un microscope numérique DSX1000 et d’un objectif DSX10-SXLOB3X.
Observation en CID d’un défaut sur un diamant. Image prise au moyen d’un microscope numérique DSX1000 et d’un objectif MPLFLN5XBDP.
Observation en CID de défauts sur un diamant. Image prise au moyen d’un microscope numérique DSX1000 et d’un objectif MPLAPON50X.
4. Observation en éclairage oblique
L’observation en éclairage oblique consiste à incliner le diamant et à l’éclairer sur le côté plutôt que directement par le dessus. Cette technique exploite les propriétés réfléchissantes du diamant pour révéler des défauts qui pourraient ne pas être facilement visibles sous un éclairage normal.
En projetant des ombres et en créant des reflets, l’éclairage oblique peut mettre en évidence les irrégularités de la surface, telles que les griffures, les abrasions et les marques de polissage, ainsi que les défauts internes près de la surface. Cette méthode est particulièrement efficace pour évaluer l’état général et la finition d’un diamant, fournissant de l’information sur son historique d’usure et ses éventuels problèmes de durabilité.
Observation en éclairage oblique d’un défaut sur un diamant.
Image prise au moyen d’un microscope numérique DSX1000 et d’un objectif DSX10-SXLOB3X.
5. Observation en lumière polarisée
L’observation en lumière polarisée est une méthode efficace pour détecter les défauts des diamants en raison de son interaction avec la structure cristalline de ceux-ci. Lorsque la lumière polarisée traverse le diamant, ses propriétés biréfringentes entraînent la division des ondes lumineuses en deux composantes, chacune vibrant dans une direction différente et se déplaçant à des vitesses distinctes. Ce
comportement différentiel peut mettre en évidence des défauts internes, comme des cassures, des inclusions ou des anomalies de croissance cristalline, en produisant des motifs ou des couleurs différents dans le diamant.
Observation et mesure de la rugosité de surface des diamants
Le microscope numérique DSX1000 offre un grossissement de 1750X, ce qui est suffisant pour observer des déformations telles qu’une griffure sur la surface du diamant. Pour obtenir des informations sur la rugosité de ces surfaces à l’échelle nanométrique, on peut passer à la microscopie confocale à balayage laser.
Par exemple, notre microscope confocal à balayage laser 3D LEXT™ OLS5100 utilise une source laser de 405 nm pour balayer l’échantillon à l’aide de la technique confocale, acquérant ainsi des données de hauteur précises liées à la surface d’un diamant. Vous pouvez voir ci-dessous une image confocale et les données de rugosité de surface associées à titre d’exemple.
Observation de la rugosité de surface d’un diamant à un grossissement de 2500X.
Image prise au moyen du microscope laser confocal 3D LEXT OLS5100.
Le rapport ci-dessous nous permet de conclure que la valeur de rugosité (Ra) est de 20 nm. Le pic maximal (Rp) observé est de 58 nm, et la vallée maximale (Rv) est de 49 nm.
En conclusion, le fait de choisir le bon système de microscope et la méthode d’observation appropriée peut aider les inspecteurs à déceler les défauts et à réaliser des mesures précises pour le contrôle qualité dans la production de diamants.
Des parties de ce contenu ont été adaptées d’un article de blogue rédigé par Gyanesh Singh, spécialiste des applications chez IR Technology Services Pvt. Ltd. Voici l’article original : Surface Roughness Observation of a Diamond (Observation de la rugosité de surface d’un diamant).
