MODE DE FORMATION DES DIAMANTS AU CAP REPRODUCTION SYNTHÉTIQUE

Nous avonSj jusqu'ici, chemin faisant, montré à quelles conclusions locales paraissait conduire l'étude des divers gîtes diamantifères. Il reste à comparer ces théories avec les résultats de l'expérimentation directe et à montrer que, tout au moins pour les plus intéressants de ces gisements, ceux du Cap, les essais de reproduction synthétique, dans le laboratoire, semblent confirmer admirablement les hypothèses, un peu hardies au premier abord, par lesquelles nous avons exphqué les faits d'observation.

Depuis l'expérience fameuse de Lavoisier et les analyses plus précises de Dumas, chacun sait que le diamant est du carbone cristallisé et, dès lors, l'idée d'obtenir artificiellement cette cristallisation, de transformer, par une opération de laboratoire, un corps sans aucune valeur en une substance aussi précieuse, en donnant, du même coup, la clef d'un problème

géologique Irts captivant, est naturellement venue à l)ien des chimistes; les essais de reproduction synthétique du diamant ont été innombrables; mais c'est seulement au début de 1893, que M. Moissan est parvenu k résoudre le problème tant cherché et à obtenir de petits diamants par le refroidissèment brusque d'un bain de fonte, saturé de carbone. Nous allons exposer le principe de son travail, qui semble, comme nous le verrons, correspondre à ce qui a dû se passer géologiquement dans les gisements du Cap, sinon dans ceux des autres pays.

En principe, pour arriver k reproduire un minéral naturel, il importe d'abord de le bien définir, de préciser exactement ses propriétés, qui permettent ensuite de le reconnaître, sans erreur, au milieu des produits divers d'expériences synthétiques et d'étudier les conditions, dans lesquelles il se rencontre en ses gisements naturels.

Le diamant peut être défini un corps simple, plus dur que tous les autres minéraux naturels (bien que rayé lentement par le borure de carbone*), d'une densité de 3, S (très supérieure à celle du graphite qui est de 1,8 à 2,6) brûlant dans Foxygène au-dessus de 700^ et dont 1 gramme fournit, par sa combustion dans l'oxygène, 3^,666 d'acide carbonique. C'est par la réunion simultanée de ces trois propriétés essen-

* Le diamant noir et certaines variétés de boort (ou diamant concrétionné à cristallisation confuse) sont d'une dureté supérieure à celle de tous lea autres corps. Mais le diamant n'est pas, comme on le croyait jadis, le seul corps capable de rayer le rubis et l'on obtient le même résultat avec divers cou)posés, obtenus par M. Moissan au four électrique (carbosiliciure de titane,, siliciurede carbone, nombreux carbures, borures, azotures, siliciures et carbosiliciures métalliques).

tielles : dureté, densité et combustion dans Foxyge.ne, qu'on peut reconnaître un diamant, n'eût-il que des dimensions absolument microscopiques.

Quant aux conditions, dans lesquelles se présentent les diamants du Cap, nous les avons longuement étudiées précédemment et, comme ce sont précisément celles dont semblent se rapprocher les expériences synthétiques de M. Moissan, ces dernières présentent, pour nous, un intérêt tout spécial, Nous devons seulement ajouter que le mode de cristallisation, réalisé dans cette circonstance, ne nous paraît pas avoir été le seul employé par la nature et que, très probablement, comme nous Tavons dit précédemment, les diamants du Brésil et de rinde ont dû se former dans des conditions différentes et, peut-être, par l'intervention d'autres réactifs.

Ceci posé, on doit remarquer que le carbone est un élément essentiellement polymorphe et qui présente, en particulier, comme l'a montré M. Berthelot, la faculté de prendre des états divers par des condensations polymériques de plus en plus avancées : ce qui se traduit par une densité de plus en plus forte, en même temps que par des chaleurs de formation et des produits d'oxydation différents.

Le graphite naturel a une densité variable entre 1,8 et 2,4; il est intermédiaire entre le graphite obtenu par refroidissement de la fonte surcarburée et le graphite obtenu par l'électricité; et, comme terme extrême de la série, on a le diamant, dont la densité est de 3, S. Les chaleurs de formation des trois graphites sont, entre elles, comme les nombres 4, 5 et 7. Il était donc logique de chercher à obtenir le diamant

2i8 LES DIAMANTS DU CAP

par une condensation encore plus forte du carbone, réalisée a plus haute température.

Mais, lorsqu'on se borne à augmenter la température sans accroître la pression, on n'obtient jamais que du graphite et point de diamant. M. Moissan, qui disposait, dans son four électrique, de températures pouvant atteindre près de 3 500**, a essayé de dissoudre du charbon de sucre dans l'argent, le fer, l'aluminium, le glucinium, le chrome et de le faire cristalliser par un abaissement de température. Le carbone, ainsi mis en liberté, a toujours pris la forme de graphite.

D'ailleurs, comme Ta montré Jacquelin des 1847, le diamant se transforme en graphite lorsqu'on le porte à la température de l'arc électrique, c'est-à-dire qu'à très haute température, la forme stable du carbone est, non pas le diamant, mais le graphite.

Cela semble correspondre, ainsi que Fa montré M. Moissan, à ce fait que le carbone, cliaufFé à la pression ordinaire, passe directement de l'état solide à Fétat gazeux; au contraire, pour Famener à donner du diamant, il paraît nécessaire de déterminer, par Fintervention d'une forte pression, son passage à Fétat liquide. Les diamants naturels, de dimensions microscopiques, présentent, en effet, souvent des formes en gouttes ou en boules arrondies (reproduites dans les expériences synthétiques) et qui ne sont guère explicables que par une fusion antérieure, tandis qu'en chauffant du carbone dans les arcs les plus puissants, où on arrive à le volatihser et à en faire du graphite par condensation, jamais on n'aperçoit le moindre indice de fusion.

Dans les expériences synthétiques de M. Moissan, la forte pression, qui devait amener le carbone à Fétat liquide et sa cristallisation en diamant, a été obtenue en utilisant le brusque changement de volume, qui se produit, dans le dissolvant même du carbone, la fonte, au moment où celle-ci.se solidifie : la fonte partageant la propriété de Teau d'augmenter de volume en se congelant. La compression, qui en résulte pour cette fonte emprisonnée dans un creuset, amené la condensation polymérique du carbone, passant de la densité 2 à celle 3,5 et, en même temps, il cristallise des diamants.

Pour réaliser le phénomène, M. Moissan a commencé par fondre, au four électrique, environ 200 grammes de fer doux, dans lesquels il a dissous, à saturation, du charbon de sucre et il a déterminé le refroidissement brusque en portant le creuset, soit dans Teau, soit dans de lalimaillede fer, du plomb fondu, etc., ou encore en grenaillant la fonte dans un bain de mercure. En attaquant ensuite par l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide fluorhydrique et détruisant le graphite par le chlorate de potasse et l'acide azotique fumant, il a isolé une série de diamants, présentant tous les caractères des diamants naturels, jusqu'à l'éclatement spontané dans quelques cas», ou aux cupules donnant un aspect chagriné à la surface, aux crapauds (inclusions noires de carbone), produits surtout dans le refroidissement par la limaille de fer.

Cette cristallisation du diamant dans un bain métallique

* Diamants obtenus par refroidissement dans le plomb fondu.

correspond avec nombre d'observations géologiques sur les gisements du Cap, ainsi qu'avec les remarques faites, depuis peu, sur la présence du diamant dans certains fers natifs, certaines météorites, ou même dans des fontes industrielles et des aciers *•

En premier lieu, les diamants, commenous l'avons vu, n'ont pu cristalliser en place dans la roclie serpentineuse, où on les rencontre aujourd'hui ; car jamais on ne les rencontre fixés sur la roche et adhérents k elle; au contraire, leurs formes, d'une régularité parfaite, n'ont pu se produire que dans une masse liquide ou pâteuse. En outre, ils sont souvent brisés, sans que les fragments disjoints se retrouvent au voisinage Tun de l'autre et portent parfois des stries, qui ne peuvent être attribuées qu'à un frottement contre d'autres diamants, dans un mouvement de translation violent. Puis ils sont associés avec toute une série de corps, fer titane, zircon, topaze, sans parler des débris de granité ou de granulite, qui ont été certainement arrachés à la profondeur.

D'autre part, le bain fondu, où ils se sontformés, devait être formé de métaux, tels que le fer, le magnésium, le calcium : d'abord, parce que le graphite, si abondamment associé au

* Dans un mémoire récent aux Annales de chimie ei de physique (nov. 1896), M. Moissan a insisté sur la facile formation des carbures à haute température et, par suite, l'abondance, avec laquelle ces composés avaient dû se produire aux époques anciennes du globe, dans ces bains de fonte internes, à la scorification desquels on attribue les roches éruptives.

U a montré, notamment, comment avaient dû se produire ces carbures métalliques, dégageant, par l'action de l'eau, des carbures d'hydrogène, qui peuvent être l'origine première du pétrole (carbures des métaux alcalino-terreux donnant de l'acétylène ; carbures d'aluminium, donnant du formène, etc.)

diamant dans la terre bleue , cristallise avec une facilité toute particulière dans la fonte; puis, parce que les cendres du diamant sont très ferrugineuses, ainsi que la roche bleue ellemême ; enfin parce que les fers natifs de Canon Diabolo et les météorites de TOural, où l'on a trouvé du diamant, semblent, en quelque sorte, nous faire saisir, sur le fait, le procédé de cristallisation naturel.

Cette présence du diamant dans les fers natifs, les météorites et dans l'acier, reconnue seulement dans ces tout derniers temps, présente une importance capitale pour la genèse de ce minéral et nous devons en dire un mot.

Le fer natif de Canon Diabolo (Arizona), pris d'abord pour une météorite et étudié par M. Mallard, en 1892, est formé, d'après lui, en majeure partie, de fer (91 à 95 p. 100 suivant les points) et de nickel (3 à 5 p. 100), avec un peu de silicium et de phosphore ; il renferme du diamant transparent, du diamant noir ou carbon, du grapliite et un charbon marron d'une densité assez faible. Il s'agit là d'une série de blocs, disséminés autour d'un cratère de 1 200 mètres de diamètre et 180 mètres de profondeur (120 mètres au-dessous de la plaine environnante, plus 60 mètres de saillie du bord extérieur), cratère recoupant, paraît-il, des couches de calcaire, uniformément relevées vers le centre et que l'on attribue, aujourd'hui, à une explosion de gaz interne, analogue à celles qui auraient ouvert les cheminées diamantifî^res de Kimberley *.

* Bull. Soc. géologique, 22 juin 1896, compte rendu sommaire, p. cxxv (deLapparent).

La météorite de Novy-Urej, Kra&noslobodsk, gouvernement de Penza, Russie, renferme, également, d'après MM. Jewfeïeff et Latchinof, du diamant noir.

Quant à Texistence du diamant dans racîer, elle a été récemment étudiée par M. Rossel '.

En résumé, nous sommes porté à croire qu'il existait, à une époque mal déterminée, mais postérieure au trias, sous la portion de l'Afrique australe, où sont aujourd'hui les mines de diamants, un bain métallique interne, plus ou moins profond, mais infragrani tique, composé essentiellement de fonte magnésienne surcarburée, qui a successivement produit les diverses coulées de roches diabasiques, intercalées dans les terrains du Karoo, et, enfin, les roches diamantifères, représentant un terme extrême de basicité ^.

Dans ce dernier cas, un phénomène éruptif, analogue à ceux qui ont perforé ailleurs les cratères volcaniques et qu'il semble assez logique d'attribuer à une explosion de gaz hydrocarbures (peut-être provoquée par l'introduction d'une masse d'eau superficielle jusqu'à ce bain fondu, après une dislocation du sol), a ouvert, le long de fissures préexistantes, des vides cylindriques, où s'est élevée postérieurement la roche basique diamantifère, produite elle-même par la scorification du bain fondu. Cette roche a amené au jour des diamants, formés par la cristalhsation en profondeur et sous pression du carbone de la fonte, qui, d'autre part, en

« C. R.,t. CXXIII, séance du 1" juin 1896.

* Voir l'étude chimique et minéralogique de ces roches, p. 108 à 110.

se combinant avec Thydrogëne de Teau superficielle, a pu lui-même déterminer l'explosion d'hydrocarbures, par laquelle se sont ouvertes les cheminées. Et l'on peut même se demander si la pression nécessaire à la cristallisation du carbone en diamant n'aurait pas, comme dans les belles expériences de M. Moissan, été produite par la solidification brusque d'une partie de cette fonte magnésienne qui le contenait, en présence d'une introduction soudaine de masses d'eau.

Cette partie solidifiée aurait alors subi une sorte de pulvérisation, puis une ascension rapide, dans laquelle la roche aurait pris son allure bréchiforme actuelle.

Le carbone aurait donc cristallisé dans ces conditions [de magma basique et péridotique, où nous sommes habitués à trouver le platine, l'or, le fer chromé, la magnétite et, accessoirement, la chalcopyrite ou la pyrrhotine nickelifère.

Ce ne sont évidemment là que des hypothèses, mais qui, néanmoins, nous semblent, par rapport à toutes celles que l'on a émises à ce sujet, avoir cet avantage de former corps entre elleset d'être conformes, aussi bien avec les derniers faits observés au Cap qu'avec les plus récents travaux sur le carbone.

Nous avons eu, d'ailleurs, soin d'ajouter précédemment que les gisements diamantiftTes du Brésil et de l'Inde paraissaient, jusqu'à nouvel ordre, devoir être rattachés à d'autres phénomènes* et correspondre à un mode de synthèse différent du carbone, qui reste encore à réaliser,

* Voir plus haut, p. 192.