Lesinclusions dans les diamants, parfois appeléesinclusions des diamants, sont des fragments de matériaux emprisonnés à l'intérieur de cristaux dediamants pendant leur processus de formation dans lemanteau terrestre. Il peut s'agir de minéraux ou de fluides tels que l'eau ou divers gaz. De par leur forterésistance mécanique et leur faible réactivité chimique avec leurs inclusions, lesmagmas qui les transportent vers la surface de la Terre et leursroches volcaniques hôtes, les diamants agissent comme des enveloppes protectrices des matériaux inclus. Ces derniers sont ainsi préservés des changements des conditions de pression, de température et de chimie à travers l'ensemble de lalithosphère.
Les diamants ne subissant généralement pas d'altérations à la surface de la Terre, ils permettent une préservation exceptionnelle des inclusions. Alors que les diamants eux-mêmes peuvent donner une indication de la pression à laquelle ils ont été formés, les inclusions fournissent des informations plus riches. En effet, de nombreuses inclusions permettent de mieux contraindre les conditions de pression ou de température de formation des diamants, voire d'obtenir leur âge de formation. Cela apporte de précieuses données sur les conditions physico-chimiques du manteau terrestre au moment de la cristallisation du diamant.
| Type | Principaux matériaux inclus |
|---|---|
| Inclusions minérales | Silicates (notammentgrenat,pérovskite,oxydes,sulfures) |
| Inclusions fluides | Fluide (contenant des carbonates, des silicates, des sulfures, deshalogénures, desgroupes hydroxyles, etc.), eau,saumures |
| Inclusions multiphasées | Inclusions fluides coexistant avec des inclusions minérales dans la même cavité d'un diamant |
Les inclusions minérales, surtout les inclusions de silicates présentes dans les diamants lithosphériques, peuvent être catégorisées en deux types prédominants en fonction des roches parentales du manteau d'origine du diamant hôte : l'éclogite (type E) et lapéridotite (type P). Ces deux types de roches sont les principales sources de formation diamantifère qui conduisent principalement à des inclusions de silicates dans les diamants[1],[4]. Les inclusions de type P et de type E peuvent être différenciées en fonction de la teneur spécifique en matériaux présents dans le minéral inclus. Par exemple, dans les inclusions degrenat, le rapport entre la teneur enoxyde de chrome(III) (Cr2O3) et enoxyde de calcium (CaO) peut servir de critère de classification[5]. L'inclusion de grenat de type E présente une teneur moindre en Cr2O3, tandis que le type P montre une réduction de la teneur en CaO. Des éléments traces tels que lesterres rares (REE) peuvent également être utilisés pour caractériser les inclusions de grenats de type P et de type E[6]. Les inclusions d'azote peuvent pareillement être classées en inclusions de type P et de type E en analysant leursisotopes stables[7]. Pour les inclusions desulfures, les teneurs enosmium mesurées au cours des analyses pour ladatation rhénium-osmium peuvent différencier les inclusions de type P et de type E[8].
Dans la lithosphèrecratonique ducraton du Kaapvaal auZimbabwe, lavitesse sismique à 150 km de profondeur correspond à celles des inclusions retrouvées dans les diamants, qu'elles soient péridotitiques ou éclogitiques. Cela suggère que les vitesses des ondes P se propageant au sein de la lithosphère pourraient être utilisées pour cartographier la répartition des différentes régions sources de diamants[9].
Les inclusions minérales sous-lithosphériques, telles que lespérovskites majoritaires et silicatées (comme labridgmanite et ladavemaoïte), peuvent également être classées soit en inclusions de typeultramafique (péridotitique) et soit de typebasaltique (éclogitique)[11]. Toutefois, ces classifications supplémentaires sont plus difficiles à réaliser que celle des inclusions lithosphériques en raison de la rareté des échantillons, de la petite taille des grains et des difficultés à discerner desassemblages minéraux originaux dans les conditions profondes dumanteau inférieur[1].
Le moment de la cristallisation des minéraux en inclusion par rapport à celui de leur diamant-hôte peut être utilisé pour les classer en trois types : les inclusionsprotogénétiques,syngénétiques etépigénétiques[14]. Les minéraux des inclusions protogénétiques ont cristallisé plus tôt que la formation du diamant, étant encapsulés lors de sa cristallisation. Ainsi, les inclusions protogénétiques fournissent des informations sur les conditions qui existaient avant la formation du diamant, expliquant les différences isotopiques des inclusions dans une même génération de diamants[15]. Pour les inclusions minérales syngénétiques, la cristallisation du minéral piégé et du diamant se produit simultanément[1]. Dans ce cas, l'enregistrement des conditions de l'environnement géologique par les minéraux inclus correspond à celui du diamant hôte, souligné par la morphologie imposée du diamant sur le minéral piégé[16]. Les inclusions épigénétiques se forment à partir de minéraux cristallisés après la formation du diamant. Ils peuvent cristalliser le long des fractures du diamant ou modifier les inclusions protogénétiques/syngénétiques préexistantes en un nouveau matériau[1].
Les inclusions minérales peuvent préserver les matériaux formés dans les environnements extrêmes du manteau terrestre jusqu'aux conditions de surface[1], révélant ainsi la forme naturelle de minéraux qui étaient précédemment uniquement synthétisés en laboratoire[17]. Un exemple notable est lapérovskite naturelle desilicate de calcium (CaSiO3), récemment nomméedavemaoïte, à la suite de sa découverte dans une inclusion minérale dans un diamant en 2021[18]. Cette découverte a été surprenante en raison des conditions extrêmes nécessaires à la synthèse du minéral, rendant improbable sa conservation à la surface de la Terre[17].
| Critère | Type | Commentaire |
|---|---|---|
| Localisation |
| |
| Roche parentale du diamant |
| Critères de distinction des types P et E : |
| Âge decristallisation du minéral inclus, comparé à celui du diamant hôte |
|
Lesinclusions fluides dans les diamants contiennent divers matériaux tels que des silicates, des carbonates, des groupes hydroxyles, de l'eau et de la saumure[19]. Ces inclusions fluides sont présentes dans les diamants enrobés, qui sont des diamants monocristallins recouverts de diamants polycristallins avec des inclusions fluides, ainsi que dans les diamants fibreux, qui sont enrobés par des tiges ou des lames de diamants avec des structures fibreuses[1]. Les microinclusions fluides comprennent principalement des carbonates, des silicates ou des halogénures, formant des assemblages silicate-carbonate ou halogénure-carbonate[20]. De plus, des fluides salins dérivés de lasubduction, avec une concentration élevée en K et en Cl, peuvent être présents dans les microinclusions des diamants troubles, qui sont des diamants fibreux à cœur riche en fluides se transformant en diamants à bordure pauvre en fluides[21].
Les inclusions de fluides salins et siliceux ne coexistent pas, ce qui suggère une immiscibilité entre les deux fluides lors de la formation du diamant[22],[23]. La présence de matières volatiles, telles que des inclusions de sulfures, peut également indiquer la possibilité du recyclage de matériel crustal lié à la subduction lors de la formation du diamant, en particulier dans les contextes continentaux spécifiques[24].
En 2018, a été découverte une forme d’eau à haute pression connue sous le nom deglace-VII grâce aux inclusions dans les diamants. Cette découverte suggère la présence de fluides riches en eau dans lazone de transition entre lemanteau supérieur et lemanteau inférieur[25].
Dans les conditions de formation du diamant, marquées par des pressions et des températures extrêmement élevées, la masse fondue de silicate hydraté et le fluide aqueux se combinent pour former unmélange supercritique monophasé. Ce mélange donne naissance à des diamants présentant diverses caractéristiques morphologiques telles que la fibre, laturbidité ou la structure polycristalline, accompagnés d'inclusions multiphasées[26]. Les inclusions multiphasées contiennent des fluides (contenant principalement des carbonates et des silicates, des fluides aqueux à haute densité et dessaumures) et des inclusions minérales dans le même diamant[21].
Pour analyser la composition et la phase du matériau inclus dans le diamant, diverses techniques à haute résolution sont couramment employées, telles que laspectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), lamicroscopie électronique en transmission (TEM), l'imagerie parmicroscopie électronique à balayage (MEB) et lamicrosonde électronique (EPMA). Ces méthodes permettent d'obtenir des informations détaillées sur la nature du matériau emprisonné dans le diamant, contribuant ainsi à la compréhension des processus de formation et des environnements du manteau terrestre[1].
Parallèlement, des techniques élastiques non destructives sont utilisées pour estimer les conditions de pression et de température de formation du matériau à l'intérieur du diamant, tout en minimisant les dommages à l'échantillon. Ces méthodes incluent laspectroscopie micro-Raman, l'analyse de labiréfringence de déformation et ladiffraction des rayons X surmonocristal. L'application de ces techniques offre un aperçu précieux des conditions extrêmes auxquelles le diamant et son inclusion ont été soumis au cours de leur formation[1].
Les diamants sont évidemment utilisés enjoaillerie dont ils constituent une matière première. Les inclusions, alors appelées « impuretés »[27] en modifient la valeur marchande selon l'échelle de clarté du diamantGIA qui comprend 6 catégories, dont certaines sont divisées, pour un total de 11 grades spécifiques[28] :
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