Certains matériaux comme la lonsdaléite peuvent être plus durs que le diamant, mais n’existent pas en grandes quantités ou n’ont pas d’utilisations répandues.
Les diamants peuvent rayer presque tout. Photo : Business Standard
Les diamants sont appréciés pour leur dureté. En bijouterie, ils peuvent durer des générations et rester inrayables malgré l'usure quotidienne. Utilisés comme lames ou forets, ils peuvent pénétrer presque tout sans se briser. Sous forme de poudre, les diamants polissent les pierres précieuses, les métaux et bien d'autres matériaux. Trouver un matériau plus dur que le diamant est donc difficile, selon Live Science .
Le diamant reste le matériau le plus dur pour la plupart des applications pratiques, affirme Richard Kaner, chimiste des matériaux à l'Université Richard Kaner. Il existe des moyens de rendre les diamants plus durs que les diamants standard, et d'autres matériaux pourraient théoriquement être plus durs que les diamants, mais ils n'existent pas sous des formes que l'on peut tenir dans la main ou utiliser à grande échelle.
Si les personnes portant des bijoux en diamant peuvent témoigner de leur durabilité, le concept de « dureté » est très spécifique, explique Paul Asimow, géochimiste au California Institute of Technology (Caltech). On la confond souvent avec d'autres propriétés comme la rigidité ou la durabilité. Ces dernières ne sont pas toujours identiques à la dureté à l'indentation. Par exemple, les diamants présentent une dureté à l'indentation très élevée, mais une dureté à la flexion modérée. Les diamants ont tendance à se briser facilement le long de leurs faces cristallines, ce qui permet aux joailliers de créer de magnifiques diamants facettés.
Les scientifiques mesurent la résistance à l'indentation de différentes manières. Les géologues utilisent souvent une unité de comparaison appelée l'échelle de Mohs, qui permet d'identifier les minéraux sur le terrain en fonction de leur capacité à rayer. Le diamant a une valeur de 10, la plus élevée sur l'échelle de Mohs, ce qui signifie qu'il peut rayer presque tout. En laboratoire, les spécialistes des matériaux utilisent une mesure plus précise, le test de dureté Vickers, qui détermine la dureté d'un matériau en fonction de la force nécessaire pour créer une empreinte avec une pointe, comme lorsqu'on enfonce une mine de crayon dans une gomme.
Le diamant est constitué d'atomes de carbone disposés en réseau cubique, reliés entre eux par des liaisons chimiques courtes et solides. Cette structure lui confère sa dureté par indentation caractéristique. La plupart des matériaux plus durs que le diamant résultent de légères modifications de la structure cristalline du diamant normal, ou du remplacement de certains atomes de carbone par du bore ou de l'azote.
La lonsdaléite est l'un des prétendants au titre de matériau le plus dur. Comme le diamant, elle est composée d'atomes de carbone, mais ceux-ci sont disposés selon une structure cristalline hexagonale plutôt que cubique. Jusqu'à récemment, la lonsdaléite n'était trouvée qu'en quantités extrêmement faibles, principalement dans des météorites, et on ignorait si elle pouvait être classée comme un matériau à part entière ou s'il s'agissait simplement d'un défaut de la structure cristalline standard du diamant.
Récemment, une équipe de scientifiques a découvert des cristaux de lonsdaléite de la taille d'un micron (1/1000e de millimètre) dans une météorite. Ces cristaux sont minuscules, mais ils restent plus gros que ceux découverts précédemment. D'autres scientifiques ont rapporté la croissance de lonsdaléite en laboratoire, bien que les cristaux n'existent qu'une fraction de seconde. Ainsi, malgré son intérêt pour la lonsdaléite, il est peu probable qu'elle remplace le diamant dans des applications comme la découpe, le perçage ou le polissage.
L'optimisation de la structure nanométrique des diamants permet également de produire des matériaux plus durs que les diamants classiques. Un matériau composé de nombreux minuscules cristaux de diamant serait plus dur que les diamants gemmes, car les grains nanométriques sont maintenus ensemble au lieu de glisser les uns sur les autres. Les diamants « Nanotwin », dont les grains forment des images miroir les uns des autres, sont deux fois plus résistants à l'indentation que les diamants classiques.
Cependant, la plupart des scientifiques ne recherchent pas des matériaux ultra-durs uniquement pour battre des records ; ils cherchent plutôt à créer quelque chose d'utile. Ils pourraient vouloir créer quelque chose de presque aussi dur que le diamant, mais moins cher ou plus facile à fabriquer en laboratoire.
Le laboratoire de Kaner, par exemple, fabrique plusieurs métaux ultra-durs qui pourraient servir d'alternatives industrielles au diamant. Un produit disponible dans le commerce combine du tungstène et du bore, ainsi que des traces d'autres métaux. La forme des cristaux confère au matériau des propriétés différentes selon l'orientation. Un alignement incorrect peut rayer un diamant, explique Kaner. Ce matériau est également abordable à fabriquer, car il ne nécessite pas les conditions de haute pression requises pour la production de diamants en laboratoire.
An Khang (selon Live Science )
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