Vendredi 22 octobre 2021

Le zirconium cubique, meilleur succédané du diamant

Tout le monde en parle dans les milieux professionnels ainsi que dans le public, mais peu de gens connaissent vraiment ce meilleur substitut actuel du diamant! Le zirconium cubique porte plusieurs noms, dont les plus usités sont : Cubique Zirconia ou CZ, diamonite, diamondite, diamon-Z, Diamonique III, Fianite, Djevalite, Cerene, Dioxyde,1 Diamond QU, Disconiâ, Diamonair Ip, Diamonesque, bien que tous les termes contenant le mot «diam» ait été interdit. Aux Etats-Unis, on lui attribue les noms suivants : Shelby, Singh Kohinoor.

De tous temps, on a essayé de trouver des substituts au diamant, le plus ancien est certainement le strass, tirant son nom éponyme du joaillier  Von Strass (au temps de
Louis XV).                

Du strass au zirconium                 

Le strass est un verre de plomb incolore dont la culasse est enduite de mercure donnant un éclat comparable à celui du diamant (procédé encore employé de nos jours en bijouterie fantaisie). Au début du XXe siècle, le saphir et le spinelle synthétiques firent leur apparition. Vers 1955, on découvrit le titanate de strontium» mieux connu sous le nom de «fabulite». (En 1968, sa production s'éleva à plus de 1.500.000 carats). Celui-ci fut, vite détrôné par le «Yag», découvert lors des recherches sur le rayon laser en 1968. En 1972, plus de 40.000.000 de carats en furent produits.

Le meilleur succédané

Le zirconium cubique naquit en 1976 et bat tous les records car il est de loin le meilleur succédané du diamant connu jusqu’à présent. En 1980, sa production s'éleva à plus de 6.000.0000 carats et on peut affirmer qu’actuellement les chiffres sont facilement multipliés par 10 ou même plus.
Le terme zirconium cubique devait être normalement précédé de la spécification «synthétique ». Il a été découvert à l'état naturel en 1937 par deux minéralogistes allemands, grâce aux rayons X, en de si petits cristaux que le fait passa inaperçu. Le zirconium cubique, pour sa résistance aux hautes températures, avait déjà été employé dans la composition de céramique à des fins industrielles et scientifiques. (Il résiste à près de 2.000 °C).

Dans l'étude faite par K. Nassau, le zirconium cubique consiste en 96% de ZpO2 et 4% de CaO bien que remplaçable par du MgO (magnésium) ou du Y2 03 (ytrium).

Le zirconium cubique à l'état pur fond à de très hautes chaleurs, 2.750 °C. Par l'emploi de certains additifs, on peut réduire cette température.          

Au premier stade, une construction monoclinique ou tétragonale est obtenue. Lors de la surchauffe, on passe (à 1.100 °C) définitivement du monoclinique au tétragonal. Aux environs de 2.000°C, on passe au cubique. Les additifs sont indispensables pour le refroidissement.
Les deux plus grands producteurs en matière brute étaient les U.S.A. et l'U.R.S.S. qui déposa son brevet en 1972. Aux Etats-Unis, le groupe «Cérès» déposa aussi son brevet après de multiples controverses. Actuellement, la production vient principalement en Extrême-Orient Quant aux centres de taille, ils sont éparpillés de par le monde, les plus importants sont la Thaïlande, la Corée, les U.S.A., Taiwan, Hong Kong, Jaipur, le Sri Lanka et la Chine. La taille est complètement automatisée dans les centres européens comme Idar-Oberstein et en France.       

Comment le détecter?

Taillé selon de bonnes proportions; le zirconium cubique a été au début difficilement identifiable (surtout nouvellement serti). Même des professionnel s'y sont trompés. Le zirconium cubique est plus lourd que le diamant. Pour le même poids, la pierre est plus petite. (Une pierre de 1 carat en diamant équivaut en superficie à une pierre de +/-. 2 carats en zirconium cubique).
A l'échelle de dureté de Mohs.il se classe entre 8 et 8 1/2, ce qui permet de l’identifier rapidement. Un bijou déjà porté présentera des arêtes de séparation abîmées entre les facettes.
L'indice de réfraction du zirconium cubique est de 2,18 (2,41 pour le diamant, il est de ce fait placé très près de ce dernier). Les rondistes des diamants sont  taillées en petites facettes, ou mates grises et rugueuses. Pour le zirconiums cubiques, les rondistes sont brillants et semi-polis. Les rondistes des diamants sont rarement polis à la machine.
L'imitation se ternit lorsqu'on la frotte avec le doigt sur la table, la pierre perd son éclat, ce qui n'est guère le cas du diamant. Le test de détection infaillible est Ie Presidium Gem Tester, ou détecteur thermoélectrique se basant sur la conductibilité thermique du diamant.

La fabrication

La fabrication du cristal du zirconium cubique exige de hautes températures, ce qui pose des problèmes pour la formation de ce cristal. Différents brevets de fabrication existent. Le principe de fabrication est la formation de cristal lors de la solidification d'un magma dans un récipient composé d'oxyde de zirconium et de ses additifs, ceci afin d'obtenir une masse compacte comparable à une grosse croûte et comprenant les cristaux de zirconium cubique.   

Parmi ces brevets, notons celui de F.F.W. Wenckus, qui consiste en l’emploi d'un creuset constitué de tubes en cuivre, disposés en cercle et refroidis par un système très complexe.

Entre les tubes de cuivre, il y a de fins interstices, entourés du système de refroidissement à eau dans des serpentins en cuivre, qui sont activés par radiofréquence de 4 MHZ avec une puissance de 100 kw.

Les petits espaces entre les tubes de cuivre permettent à la radiofréquence de passer son énergie dans la cuve (initialement remplie de poudre de zirconium et de son stabilisateur.) La poudre à température ambiante fait office d’isolant électrique et ne gagnera pas le processus d'échauffement avant l'addition de quelques cristaux de zirconium métalliques qui s'échaufferont rapidement par réaction au champ de radiofréquence.

Lors de l'adjonction du Zirconium adjacent au métallique, la conduction électrique fera fondre l'ensemble en quelques minutes. Le, zirconium métallique réagira avec l’oxygène de l'air et produira encore plus de zirconium.

L'ensemble du zirconium fondra, excepté une fine couche extérieure, comparable à la croûte d'un soufflé. Suite au refroidissement le centre du magma s'effondre en se cristallisant. On obtient ainsi des morceaux de cristaux difformes allongés, ressemblant à des pointes de quartz incolore.

Il est possible de colorer les zirconium cubiques. L'emploi d'un colorant faible est surtout employé pour les imitations du diamant en ajoutant à du titane, du fer, du cuivre ou, dans certains cas, du cérium.

Il est même possible de se procurer des étalons des couleurs du diamant en zirconium cubique de D à M . Ce système est intéressant pour le bijoutier qui n'est ainsi pas obligé d'investir de grosses sommes dans des étalons en diamant de minimum 0,50 carat.
Par contre, dans les laboratoires d'expertise, il n'est pas utilisable à la suite de son absorption de la lumière des lampes de triage après plus moins une heure ; ce qui fausse l'examen. On est obligé de le déposer dans un endroit sombre quelques heures, avant un nouvel emploi en tant qu'étalon.

On ajoute du chrome pour obtenir une couleur olive, du cobalt pour la couleur lilas, de l'europium, de l'holmium, de l'erbium pour obtenir une couleur rose, du manganèse pour le brun et du vanadium ou du thulium pour obtenir une couleur verte. Il est possible de déceler des inclusions dans les cubiques zirconiums, par exemple de fines bulles de gaz ou des stries.

La Moissanite est apparue fin du siècle passé, plus cher, un peut plus dure et surtout a obligé la création de nouveaux appareils de détection, les appareils de détection par thermo-conductibilité classique étant inutilisable.
Vu son prix élevé, la Moissanite aura comme concurrent le diamant synthétique, dont les prix baissent régulièrement.

Eddy Vleeschdrager