La moissanite : cette roche qui n’existait (presque) pas

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau extrêmement dur, principalement utilisé comme abrasif. Produit industriellement depuis plus d’un siècle, il existe également à l’état naturel sous la forme d’une roche extrêmement rare : la moissanite. Tellement rare que son existence même a fait l’objet de nombreux débats jusqu’à une époque récente.

Le carbure de silicium

Le procédé industriel permettant de fabriquer du carbure de silicium (ci-contre) a été inventé et breveté par Acheson en 1893. Produit à partir de sable et de coke portés à une température qui peut atteindre 2500°C, ce matériau presque aussi dur que le diamant a été utilisé dès la fin du XIXème siècle pour des applications industrielles, comme la réalisation d’outils de découpe.

Le carbure de silicium était alors considéré comme un matériau complètement artificiel, car malgré la simplicité de sa formule chimique (SiC) et l’abondance de carbone et de silicium sur Terre, aucune roche naturelle contenant du carbure de silicium n’avait jamais été découverte.

Il n’y a d’ailleurs rien de surprenant à cela : la formation du SiC exige d’une part une température extrêmement élevée, et d’autre part un milieu très pauvre en oxygène. En effet en présence de trop d’oxygène, les atomes de silicium et de carbone préfèrent se lier à lui (pour former du SiO2 et du CO2), plutôt que de s’associer entre eux. La croûte terrestre et le manteau étant riches en oxydes, on considérait alors qu’il était strictement impossible que du carbure de silicium puisse s’y former.

La moissanite

Pourtant en 1905, le chimiste français Henri Moissan découvre du carbure de silicium à l’état naturel, dans la météorite de Canyon Diablo, tombée en Arizona il y a environ 50 000 ans (ci-contre le cratère créé par la chute de la météorite). C’est à lui que le carbure de silicium naturel doit d’ailleurs son nom : la moissanite.

Puisqu’ils provenaient d’une météorite, les échantillons découverts par Moissan ne semblaient pas contredire l’idée établie qu’il est impossible de former du carbure de silicium dans les roches terrestres.

Et pourtant personne ne parvint à retrouver des échantillons analogues, et la découverte de Moissan fut rapidement controversée : on finit par attribuer les morceaux de SiC trouvés aux outils utilisés pour découper les roches de la météorite, et qui à cette époque contenaient déjà du carbure de silicium industriel. Alors la moissanite existe-t-elle vraiment ?

Un débat de près d’un siècle

Au cours du XXème siècle, de plus en plus de scientifiques rapportent la découverte d’échantillons de carbure de silicium naturel : en Russie, dans le Wyoming, en Bohème. Dans certains cas, tout semble indiquer une origine terrestre. Pourtant dans le même temps, notre connaissance de la structure interne de la Terre s’affine, et il semble de plus en plus improbable que les conditions nécessaires à la formation de moissanite puissent y régner quelque part.

Jusqu’à la fin des années 80, la controverse fit rage, notamment via les travaux du minéralogiste Charles Milton qui défendit jusqu’à ses 90 ans la thèse de l’impossibilité de la moissanite [1].

Charles Milton was deeply involved inthe investigation of moissanite, SiC, and the question of its legitimacy as a mineral. He published on this subject for more than 50 years. In 1986, when he was 90, at the meeting of the International Mineralogical Association, he presented a poster reiterating his contention that moissanite was carborundum contamination.

Et pourtant…

La preuve incontestable

Le débat fut définitivement tranché en 1990, quand Irene Leung rapporta dans Nature [2] la découverte d’un cristal de moissanite de 180 microns, totalement inclus dans un diamant (voir ci-contre). D’autres découvertes analogues suivirent et notamment en 2003, celle d’un morceau de roche de plusieurs centimètres contenant une quantité « importante » de moissanite (8.4% en volume) [3].

L’existence de la moissanite terrestre définitivement attestée, cela signifie qu’il existe ou a existé dans le manteau terrestre une région et un mécanisme permettant de réunir les conditions nécessaires à sa formation. Et il semble que ceci soit aujourd’hui encore largement inexpliqué. La moissanite n’a pas encore livré tous ses mystères !

La moissannite : le diamant équitable ?

Si vous cherchez sur le Net des infos sur la moissanite, ne soyez pas surpris de tomber sur des sites de joaillers qui vous proposent de très belles pierres semblables à des diamants. Rassurez-vous, il ne s’agit pas de moissanite naturelle, mais bien de carbure de silicium artificiel, très pur, et produit par un procédé spécifique.

Le carbure de silicium possède en effet un indice de réfraction de la lumière plus élevé que celui du diamant (2.55 contre 2.42) et bien meilleur que celui de l’oxyde de zirconium (2.12). Cet indice quantifie notamment la capacité à disperser de la lumière, qui est responsable de l’éclat d’une pierre. Le carbure de silicium pur est donc un substitut idéal au diamant.

Pour des raisons commerciales évidentes (« Chérie, je t’offre une bague en carbure de silicium »), ces cristaux de SiC artificiels ont été renommés « moissanites ». C’est tout de même plus classe. Mais ces pierres sont bien produites de manière artificielle, et c’est même tant mieux : si elles séduisent le monde, on peut presque se prendre à rêver de la fin des blood diamonds.

[1] http://www.minsocam.org/ammin/AM79/AM79_190.pdf

[2] Leung et al., Natural occurrence of silicon carbide in a diamondiferous kimberlite from Fuxian, Nature 346 (1990)

[3] Di Pierro et al., Rock-forming moissanite, American Mineralogist 88 (2003). Je dois d’ailleurs au premier auteur de ce papier la découverte des controverses qui ont entouré la moissanite !