Introduction
Le sol n’a presque rien laissé présager. Quelque part sous ce qui deviendrait un jour l’Afrique australe, un filet de roche en fusion, pas plus large qu’une rue de ville, grimpait depuis un jour tout au plus, remontant à travers 150 kilomètres de manteau froid et ancien. À l’approche de la surface, la pression qui retenait en solution le dioxyde de carbone dissous a chuté, et le gaz s’est dégagé du liquide d’un seul coup, comme une bouteille de soda secouée jaillit quand on dévisse le bouchon. Le magma a moussé, s’est emballé, puis a percé la croûte dans une explosion. Roche, gaz et cristaux se sont arrachés vers le haut et ont jailli en fontaine vers le ciel. Parmi les débris, pris dans une bouillie de manteau fracassé, voyageaient des cristaux de carbone pur qui attendaient ce voyage depuis plus de trois milliards d’années. L’éruption a duré quelques heures. Puis l’évent s’est tu, et il est resté silencieux pendant des dizaines de millions d’années.
Voilà, en substance, comment presque tous les diamants que vous avez vus un jour sont parvenus à la surface. Non par la lente compression du charbon au fil des éons, mais par une éruption rare, violente, propulsée par les gaz, à travers une structure que les géologues appellent une cheminée de kimberlite, un événement si rapide qu’il lui a valu le surnom de « fusée à diamants ». Les diamants ne se sont pas formés pendant l’éruption. Ils étaient des passagers, cueillis dans les profondeurs et projetés à la lumière du jour en un seul sprint explosif, plus court qu’un long week-end.
Ce qu’est réellement un diamant
Un diamant, c’est du carbone. C’est le même élément qui assombrit le trait d’un crayon, noircit la flamme d’une bougie et forme l’ossature de chaque cellule vivante. La différence entre un diamant et le graphite de votre crayon tient tout entière à la géométrie. Dans le graphite, les atomes de carbone s’assemblent en feuillets plans qui glissent aisément les uns sur les autres, ce qui explique que le graphite soit gras au toucher et qu’un crayon laisse une trace. Dans le diamant, chaque atome de carbone se lie à quatre voisins au sein d’un réseau tridimensionnel rigide, entièrement imbriqué. Ce seul fait structural explique pourquoi le diamant est le matériau naturel le plus dur que l’on connaisse, et pourquoi il peut rester inchangé, chimiquement et physiquement, pendant des milliards d’années.
Le diamant est aussi une manière bien plus dense d’empiler des atomes de carbone. Sa masse volumique est de 3,52 grammes par centimètre cube, soit environ 56 % de plus que celle du graphite. Contraindre le carbone à adopter cette configuration plus serrée exige une pression énorme et soutenue, ce qui explique en grande partie que les diamants ne soient pas des minéraux du monde de la surface. Ils appartiennent à la Terre profonde, et pour les atteindre, il faut soit entreprendre un voyage de plusieurs centaines de kilomètres vers le bas, soit, plus pratiquement, attendre que la Terre profonde nous en envoie un morceau.
La plupart des diamants naturels cristallisent à la base des parties les plus anciennes et les plus épaisses des continents, dans une couche que les géologues appellent le manteau lithosphérique subcontinental. La profondeur va d’environ 150 à 200 kilomètres. Les températures y oscillent entre 900 et 1 300 °C environ, et les pressions atteignent des dizaines de milliers de fois celle de l’air au niveau de la mer. Au-dessus d’une certaine profondeur, le carbone préfère être du graphite. Sous la limite que les minéralogistes appellent le champ de stabilité du diamant, la forme plus dense, celle du diamant, devient stable, et des fluides riches en carbone, qui s’infiltrent dans les fissures de la roche du manteau, peuvent faire cristalliser du diamant solide à partir de la solution.
Les fluides qui font cela ne sont pas tous identiques. L’étude des minuscules imperfections piégées à l’intérieur des diamants révèle une étonnante diversité de chimies d’origine. Certains diamants ont grandi à partir de fluides carbonés riches en carbonate. D’autres, à partir de fluides porteurs de méthane ou d’autres composés réduits du carbone. Le point commun, c’est que quelque chose a dissous du carbone en profondeur, l’a transporté à travers les fractures du manteau, puis, lorsque les conditions ont changé, l’a déposé sous forme de diamant cristallisé. Le processus peut prendre des millions d’années pour une seule pierre, et un gros diamant peut garder la trace de plusieurs épisodes de croissance distincts, séparés par d’immenses laps de temps, comme des cernes d’arbre écrits en carbone.
La géographie de la formation des diamants est tout aussi précise que leur chimie. Les diamants se trouvent presque exclusivement sous les cratons, ces noyaux anciens des continents restés géologiquement stables depuis l’Archéen, il y a plus de 2,5 milliards d’années. Les cratons possèdent de profondes racines mantelliques, parfois appelées quilles, qui s’enfoncent dans le manteau environnant comme la partie immergée d’un iceberg. Ces quilles sont anciennes, froides et chimiquement appauvries, et cette combinaison est exactement ce dont le diamant a besoin. Les basses températures maintiennent le carbone dans le champ du diamant plutôt que de le faire basculer vers le graphite, et la longue stabilité laisse aux diamants le temps de croître et de survivre. Trouvez un craton ancien et vous avez trouvé le seul endroit de la Terre où des diamants ont des chances de s’être formés et d’être restés là.
Le mythe du charbon, et pourquoi il refuse de mourir
L’idée que les diamants seraient du charbon comprimé est l’une des erreurs les plus tenaces de la vulgarisation scientifique. On la retrouve dans les salles de classe, dans les films, dans les remarques lancées à la légère lors des dîners. Elle mérite d’être démontée avec soin, car ce mythe ne se contente pas de simplifier la vérité. Il va dans le sens opposé de ce qui se passe réellement sous terre.
Le charbon se forme à partir de débris végétaux. La végétation morte s’accumule dans les marécages et les deltas, est enfouie sous des sédiments, puis se transforme lentement, sous une chaleur et une pression modestes, en tourbe puis en charbon. C’est une roche sédimentaire, formée à la surface ou près d’elle, et qui se retrouve rarement à plus de deux kilomètres sous terre. Le carbone du charbon provient d’organismes qui vivaient à la lumière du soleil.
Les diamants se forment de cinquante à cent fois plus profondément que le charbon n’est jamais enfoui, dans le manteau, à partir d’un carbone qui n’a absolument rien à voir avec les plantes de la surface. Les sources de carbone les plus probables sont le carbone primordial, enfermé dans la Terre depuis la formation de la planète, ou le carbone entraîné dans le manteau lorsque des plaques tectoniques plongent dans les zones de subduction. Les conditions du manteau profond, une pression brutale et une chaleur torride bien en dessous de la croûte, n’existent tout simplement pas dans les milieux marécageux de faible profondeur où naît le charbon.
Il y a aussi un problème de chronologie qui achève le mythe pour de bon. Les plantes terrestres dont les restes constituent les couches de charbon ne sont apparues sur Terre qu’il y a environ 400 millions d’années. La plupart des diamants sont bien plus anciens. Un très grand nombre ont cristallisé plus d’un milliard d’années avant que la première feuille ne se déploie. On ne peut pas fabriquer un diamant à partir d’une plante qui n’existera que dans un milliard d’années. La confusion est pardonnable, puisque le charbon et le diamant sont tous deux faits de carbone, mais cet élément commun est le début et la fin de la ressemblance. L’U.S. Geological Survey (USGS) comme les chercheurs en gemmologie ont passé des décennies à rétablir les faits, et le verdict est sans appel : les diamants ne viennent pas du charbon.
Plus anciens que l’air que nous respirons
C’est ici que les diamants cessent d’être des bijoux pour devenir des instruments scientifiques. En grandissant, un diamant piège parfois de minuscules grains d’autres minéraux dans son réseau cristallin. Les joailliers appellent ces imperfections des inclusions et les tiennent pour des défauts qui réduisent la valeur d’une pierre. Les géochimistes les appellent aussi des inclusions, mais y voient un trésor. Une inclusion scellée est un échantillon intact du manteau profond, capturé à l’instant où le diamant s’est formé, puis protégé, aussi longtemps que le diamant survit, par le contenant chimiquement le plus inerte que la nature produise.
Certaines de ces inclusions contiennent des isotopes radioactifs qui égrènent le temps comme des horloges. L’un des couples les plus utiles est celui du rhénium et de l’osmium. Le rhénium se désintègre en un isotope précis de l’osmium à une vitesse connue ; en mesurant le rapport entre les deux dans une inclusion de sulfure, les chercheurs peuvent donc calculer à quel moment le diamant qui l’entoure a grandi. La méthode fonctionne parce que l’inclusion et son diamant hôte se sont formés ensemble et sont coupés du monde extérieur depuis lors.
En 2006, une équipe dirigée par Kalle Westerlund, de l’université du Cap, en collaboration avec Steven Shirey et Richard Carlson, de la Carnegie Institution, et des collègues de l’université de Glasgow, a appliqué cette technique à des diamants de la kimberlite de Panda, dans la mine d’Ekati, dans les Territoires du Nord-Ouest du Canada. Ils ont analysé des inclusions de sulfure dans des diamants péridotitiques et fait les calculs. Les diamants s’étaient formés il y a environ 3,52 milliards d’années, avec une incertitude d’environ 170 millions d’années. Le Gemological Institute of America indique 3 523 millions d’années. Ce sont les plus anciens diamants datés avec précision que l’on ait trouvés sur Terre à ce jour.
La Terre elle-même a environ 4,5 milliards d’années ; ces cristaux ont donc à peu près les trois quarts de l’âge de la planète. Ils se sont formés durant l’éon archéen, lorsque la Terre assemblait ses premiers continents. Ils sont antérieurs à la Grande Oxydation, cette transformation survenue il y a environ 2,4 milliards d’années, lorsque de l’oxygène libre s’est accumulé pour la première fois dans l’atmosphère. Ils sont plus anciens que l’air respirable, plus anciens que tous les animaux et toutes les plantes, plus anciens que presque toute forme de vie complexe. Quand ces diamants ont cristallisé, le ciel ne contenait pas d’oxygène digne de ce nom, et la seule vie sur la planète était microbienne.
La chimie de ces inclusions de Panda a livré une seconde découverte. Leurs isotopes de l’osmium et leurs signatures du soufre désignaient la subduction, ce processus par lequel une plaque tectonique plonge sous une autre et entraîne des matériaux de surface vers le manteau. Ces diamants constituent ainsi l’un des plus anciens témoignages physiques d’une tectonique des plaques fonctionnant à peu près selon son mode actuel. Comme Shirey l’a résumé : « Nous avons constaté que les diamants ont 3,5 milliards d’années et qu’ils ont séjourné à des températures relativement basses pendant des milliards d’années. »
La seconde moitié de la phrase compte autant que la première. Les diamants ne se sont pas seulement formés il y a 3,5 milliards d’années ; ils sont ensuite restés dans la racine froide et stable d’un continent ancien pendant plus de trois milliards d’années, sans aller nulle part et sans changer le moins du monde, jusqu’à ce que quelque chose vienne enfin les remonter. Les diamants sont remarquables non seulement par la façon dont ils se forment, mais par le temps qu’ils savent attendre. Les profondes quilles des cratons sont, en réalité, des coffres-forts de stockage à long terme, dont le contenu peut rester enfermé pendant presque toute l’histoire de la planète.
Les diamants issus de l’ensemble plus vaste des travaux de Shirey se révèlent aussi être les échantillons naturels les plus profonds que nous puissions étudier. La plupart des diamants de joaillerie viennent de 150 à 200 kilomètres de profondeur, mais une classe plus rare, celle des diamants dits « superprofonds », s’est formée jusqu’à 700 kilomètres de profondeur, pas du tout dans des quilles cratoniques, mais là où des panneaux de plancher océanique subducté libèrent des liquides magmatiques dans la zone de transition du manteau, jusque dans la partie basse du manteau supérieur, et au-delà. Aucun forage n’approche de telles profondeurs. Le trou le plus profond jamais foré dans la Terre, le forage superprofond de Kola, datant de l’époque soviétique, n’a atteint qu’environ 12 kilomètres avant que la roche ne devienne trop chaude et trop plastique pour qu’on puisse continuer. Les diamants livrent couramment des échantillons venus d’une profondeur cinquante fois supérieure, gratuitement, emballés dans l’enveloppe la plus résistante de la minéralogie.
Le système de livraison : ce qu’est la kimberlite
Le véhicule qui remonte les diamants est la kimberlite. Cette roche tire son nom de Kimberley, en Afrique du Sud, où l’on a reconnu pour la première fois, au XIXe siècle, qu’elle était la source des diamants, et c’est l’un des produits les plus étranges de l’intérieur de la Terre. La kimberlite est une roche magmatique ultramafique, riche en éléments volatils et pauvre en silice, qui prend naissance par un faible taux de fusion partielle en profondeur dans le manteau, à plus de 200 kilomètres selon la plupart des estimations. Sa composition minérale comprend de l’olivine, du mica phlogopite, du pyroxène et du grenat, parsemés d’une longue liste de minéraux présents à l’état de traces. La kimberlite fraîche est généralement d’un bleu ardoise sombre ou d’un bleu-vert, ce que les premiers mineurs de Kimberley surnommaient la « terre bleue » (« blue ground »). Là où elle s’était altérée près de la surface, l’oxydation la faisait virer au jaune, et les mineurs appelaient cela la « terre jaune » (« yellow ground »). Les deux, ils l’ont appris, pouvaient renfermer des diamants.
La kimberlite est aussi, de très loin, la plus importante source de diamants sur Terre. Plus de 70 % des diamants extraits dans le monde proviennent de cheminées de kimberlite, la plupart du reste étant récupéré dans des gisements alluviaux, ces rivières et ces plages où les diamants dégagés par l’altération sont charriés et se concentrent une fois que l’érosion les a libérés de leur cheminée d’origine. La seule autre source primaire notable est une roche apparentée, la lamproïte, surtout connue par la mine d’Argyle, en Australie.
Ce qui distingue la kimberlite, c’est sa forme. Elle ne construit pas le large cône d’un stratovolcan familier. Elle se fige au contraire en une structure en forme de carotte, étroite en profondeur et qui s’évase vers la surface. Les géologues appellent cela des cheminées de kimberlite. En bas se trouve un complexe de minces dykes nourriciers disposés en feuillets, qui descendent vers la source dans le manteau. À un ou deux kilomètres de la surface, le magma ascendant pulvérise une zone plus large, de forme conique à cylindrique, appelée diatrème : c’est la partie qui entre en éruption de manière explosive, et celle que les mineurs poursuivent vers le bas. Quand une société diamantaire parle d’exploiter une « cheminée », c’est de cette carotte enfouie qu’il s’agit. Le Big Hole de Kimberley, le cratère de Mir en Sibérie, les mines à ciel ouvert de Diavik et d’Ekati : tous sont le sommet d’une cheminée de kimberlite, creusé et suivi vers le bas.
Les diamants sont des passagers, pas des produits
Le fait le plus important à retenir sur la kimberlite, et celui que la plupart des gens comprennent de travers, est que les diamants ne cristallisent pas à partir du magma kimberlitique. Ce sont des auto-stoppeurs, ramassés en route plutôt que formés dans le liquide magmatique. La datation isotopique le montre encore et encore : les diamants sont bien plus anciens que la kimberlite qui les transporte, souvent de plusieurs milliards d’années. Les diamants de Panda ont environ 3,52 milliards d’années. La kimberlite de Panda qui les a amenés à la surface n’est entrée en éruption qu’il y a environ 53 millions d’années. Les cristaux sont antérieurs à leur propre ascenseur d’un facteur supérieur à soixante.
Pendant son ascension, le magma kimberlitique arrache des fragments de la roche du manteau environnant, que les géologues appellent xénolites, c’est-à-dire des roches étrangères, et il détache des grains minéraux isolés, qu’ils appellent xénocristaux, c’est-à-dire des cristaux étrangers. Les diamants remontent sous forme de xénocristaux, arrachés aux couches diamantifères que le magma traverse par hasard sur son chemin vers la sortie. Le magma se comporte comme un voleur, s’emparant de tout ce qui se trouve sur son passage pour le faire passer en contrebande jusqu’à la surface. Si les couches traversées ne contiennent pas de diamants, ou si les diamants sont détruits en chemin, la kimberlite arrive stérile. C’est le cas de la plupart. Depuis 140 ans environ, les géologues ont échantillonné des milliers de cheminées de kimberlite, dont une sur dix environ seulement renferme des diamants, et seule une petite poignée de celles-ci est assez riche pour être exploitée avec profit.
Le voyage en fusée : pourquoi la vitesse sauve le diamant
Voici l’énigme centrale de toute cette histoire. Le diamant n’est stable qu’aux fortes pressions du manteau profond. Si on le remonte lentement alors qu’il est encore chaud, les atomes de carbone ont le temps de se réarranger en graphite, la forme stable à basse pression. Un diamant remonté doucement et au chaud arriverait en surface non pas sous la forme d’une gemme étincelante, mais comme une traînée de graphite gris et tendre. Le fait que les diamants nous parviennent intacts, avec leur réseau cristallin et leur éclat préservés, nous apprend deux choses à la fois. Le voyage a été rapide, et le refroidissement final, brutal.
À quelle vitesse ? Plusieurs séries d’indices indépendantes pointent vers des vitesses d’ascension qui se mesurent en mètres par seconde, un monde à part des centimètres par an qui régissent la plupart des mouvements géologiques. La plus ingénieuse des premières mesures date de 2000, lorsque Simon Kelley et Jan-Anne Wartho ont publié dans la revue Science un résultat obtenu grâce à une sorte de chronomètre naturel. Ils ont examiné l’argon piégé dans des grains de phlogopite remontés à l’intérieur de xénolites mantelliques. L’argon s’échappe de la phlogopite à une vitesse qui dépend de la température ; la quantité encore enfermée dans un grain enregistre donc combien de temps ce grain est resté chaud pendant son ascension. En travaillant sur des xénolites de Malaita, aux îles Salomon, et de l’île Elovy, sur la péninsule de Kola, en Russie, ils ont écrit dans l’article que les données « indiquent des temps de transport de quelques heures à quelques jours selon la température du magma ». Les diamants, autrement dit, n’avaient passé en transit que de quelques heures à quelques jours.
Des travaux ultérieurs ont affiné le tableau. En s’appuyant sur la géométrie des dykes de kimberlite visibles dans les parois des mines de diamants, sur des études en laboratoire de la façon dont de minces nappes de magma se déplacent dans la roche, et sur la masse considérable de cargaison mantellique qu’une kimberlite peut transporter, les chercheurs situent les vitesses d’ascension à travers la lithosphère de l’ordre de 4 à 20 mètres par seconde. Une synthèse de 2019 parue dans la revue Elements, signée Kelly Russell, Stephen Sparks et Janine Kavanagh, estime que la traversée d’environ 150 à 200 kilomètres de lithosphère cratonique dure de moins de dix heures à environ deux jours. À l’extrémité haute de ces vitesses, le magma avance à peu près aussi vite qu’une voiture sur une route de campagne, tout en entraînant des tonnes de roche brisée.
Vous avez peut-être lu dans la presse que la kimberlite entrait en éruption « à la vitesse du son » ou montait à « environ 80 miles par heure ». Ce sont des formules frappantes, et il faut les lire avec prudence. Ce ne sont pas des vitesses mesurées lors de l’ascension en profondeur. Ce sont des estimations, parfois de la vitesse à la surface ou près de la surface pendant la phase explosive finale, parfois de simples effets de style. Les chiffres appuyés sur des mesures évaluées par les pairs sont ceux donnés plus haut : de quelques mètres à une vingtaine de mètres par seconde à travers la lithosphère, le trajet complet, de la source dans le manteau jusqu’à la surface, prenant de plusieurs heures à deux jours environ. C’est cette vitesse qui compte, car elle est assez grande pour devancer la chimie qui, autrement, ferait retomber le diamant à l’état de graphite sans valeur.
Ce qui propulse l’ascenseur
Si les diamants sont des passagers, qu’est-ce qui fournit la poussée ? La réponse, c’est le gaz, surtout du dioxyde de carbone, et la physique de la façon dont ce gaz sort de la solution à mesure que le magma monte.
En 2012, Kelly Russell et ses collègues de l’université de la Colombie-Britannique et de Munich ont publié dans Nature un mécanisme influent. Ils soutenaient que la kimberlite naît sous la forme d’un liquide carbonatitique, extrêmement riche en dioxyde de carbone dissous et très pauvre en silice. À mesure que ce liquide primitif monte à travers le manteau, il assimile des minéraux silicatés aux roches qu’il traverse, en particulier de l’orthopyroxène. La dissolution de l’orthopyroxène pousse le liquide vers une teneur plus élevée en silice, et une teneur plus élevée en silice réduit fortement la quantité de dioxyde de carbone que le liquide peut garder en solution. Au-delà d’un seuil critique, le dioxyde de carbone s’exsolve dans un emballement, faisant mousser le liquide. Le gaz qui s’échappe abaisse la masse volumique du magma et accroît sa flottabilité, ce qui l’accélère, ce qui l’expose à de nouvelles roches à assimiler, ce qui fait exsolver encore plus de gaz. Tout le processus s’auto-entretient. L’équipe de Russell l’a baptisé flottabilité alimentée par l’assimilation, et il explique avec élégance comment un magma dense, engorgé de cristaux, peut accélérer vers le haut tout en transportant plus de 25 % de son volume sous forme de débris mantelliques. Pour reconstituer le liquide d’origine, les chercheurs ont remonté le fil à partir de jeunes laves de kimberlite, en retranchant environ un quart de la roche, correspondant aux cristaux mantelliques entraînés, soit la même proportion de cargaison que celle prédite par le mécanisme.
En 2025, une étude parue dans la revue Geology a chiffré précisément les besoins en gaz. Ana Anzulović, doctorante au Centre for Planetary Habitability de l’université d’Oslo, et ses collègues Anne Davis, Carmen Gaina et Razvan Caracas ont modélisé à l’échelle atomique la kimberlite de Jericho, dans le craton des Esclaves, au Canada. À l’aide d’un logiciel de dynamique moléculaire qui simule les forces entre atomes individuels, ils ont suivi la façon dont le dioxyde de carbone et l’eau modifient la masse volumique et la mobilité du liquide aux pressions et aux températures de différentes profondeurs. Le résultat principal est précis et saisissant. Le liquide a besoin d’au moins 8,2 % en masse de dioxyde de carbone pour rester assez flottant afin de franchir le Moho, la limite entre le manteau et la croûte, et de la traverser en montant. Avec moins de dioxyde de carbone, le liquide est plus dense que la roche environnante et n’entre jamais en éruption. Les diamants resteraient prisonniers du manteau pour toujours.
Anzulović a décrit sans détour le moment de la prise de conscience : « J’ai été vraiment assez surprise de pouvoir prendre un système à si petite échelle et d’observer, en fait : “D’accord, si je n’ajoute aucun carbone, ce liquide sera plus dense que le craton, donc il n’entrera pas en éruption.” » Le modèle a aussi montré que les liquides kimberlitiques les plus riches en éléments volatils peuvent transporter jusqu’à environ 44 % de leur charge sous forme de péridotite, la roche du manteau, une capacité de cargaison stupéfiante pour un liquide de si faible viscosité. Les deux éléments volatils jouent des rôles différents. L’eau rend le liquide plus diffusif et plus fluide, de sorte qu’il peut se déplacer rapidement à travers le manteau. Le dioxyde de carbone structure le liquide en profondeur puis, près de la surface, se dégaze violemment pour pousser l’éruption vers le haut.
Assemblez les pièces et la fusée prend un sens physique. Un liquide profond, chargé de gaz, commence à monter. Il assimile de la roche au fil de son ascension, ce qui chasse de la solution le dioxyde de carbone dissous. Le gaz qui s’exsolve le rend plus flottant et accélère la montée dans une boucle qui s’auto-renforce. Près de la surface, le gaz se libère en une dernière ruée explosive, faisant mousser le magma et le projetant à travers la croûte en quelques heures. L’éruption hisse les diamants et les fragments du manteau jusqu’à la lumière du jour, puis les fige sur place. Le refroidissement brutal en surface est le dernier verrou : il piège le carbone sous sa forme de diamant avant qu’il ait pu changer. La vitesse en profondeur et un froid soudain à l’arrivée expliquent ensemble pourquoi les diamants survivent à un voyage qui, s’il était lent, les détruirait.
Le battement de cœur des supercontinents
Pendant plus d’un siècle, un fait concernant les kimberlites a ressemblé à une énigme sans réponse. Elles entrent en éruption dans les intérieurs tranquilles des continents anciens, les terrains les plus stables géologiquement de la planète, loin des limites de plaques et des panaches mantelliques où se produit presque tout le reste du volcanisme. Hawaï repose sur un panache. Les Andes chevauchent une zone de subduction. L’Islande enjambe une dorsale d’expansion. Les kimberlites, elles, ne font rien de tout cela. Elles jaillissent à travers les cœurs épais, froids et supposés inertes des continents, là où la croûte est la plus difficile à perturber. Comme l’a dit Thomas Gernon, de l’université de Southampton, la question de savoir comment elles en étaient arrivées là « était un éléphant dans la pièce pour lequel personne n’avait de bonne explication ».
Les kimberlites n’entrent pas non plus en éruption de façon régulière au fil du temps. Elles surviennent par impulsions, regroupées dans certaines fenêtres de l’histoire géologique et silencieuses entre-temps. Les géologues avaient depuis longtemps remarqué que ces impulsions semblaient suivre l’assemblage et la dislocation des supercontinents, le grand cycle au cours duquel les masses continentales de la Terre se rassemblent en une seule masse puis se déchirent à nouveau, tous les quelques centaines de millions d’années. La corrélation était suggestive, mais le mécanisme reliant la dislocation d’un continent à une éruption violente survenant à des milliers de kilomètres à l’intérieur des terres, des dizaines de millions d’années plus tard, faisait défaut.
En 2023, Gernon et une équipe internationale ont fourni ce mécanisme manquant dans Nature. Ils ont rassemblé les dates et les lieux des éruptions de kimberlite au cours du dernier milliard d’années et soumis ces données à une analyse statistique et à de l’apprentissage automatique, en quête de toute relation régulière avec la dislocation des continents. La relation qu’ils ont trouvée était remarquablement étroite. Le résumé de l’article indique que « la plupart des kimberlites couvrant le dernier milliard d’années sont entrées en éruption environ 30 millions d’années (Myr) après la dislocation continentale, ce qui suggère une association avec des processus de rifting ». En rendant compte de ces travaux, Scientific American a résumé la conclusion de l’équipe : après que les plaques « commencent à s’écarter, alors, de 22 à 30 millions d’années plus tard, les éruptions de kimberlite atteignent leur maximum », les kimberlites d’Afrique et d’Amérique du Sud se déclenchant environ 25 millions d’années après la dislocation du Gondwana, il y a environ 180 millions d’années.
Le mécanisme qu’ils ont proposé est une réaction en chaîne au ralenti, une sorte d’effet domino géologique. Lorsqu’un continent commence à se disloquer par rifting, la quille épaisse qui se trouve sous lui est perturbée sur ses bords. Un petit morceau de cette quille devient instable et se détache, s’enfonçant dans le manteau plus chaud situé en dessous. Son départ déstabilise le morceau voisin, qui s’enfonce à son tour, déclenchant le suivant, puis le suivant, en une séquence migrante d’instabilités. La perturbation progresse vers l’intérieur des terres depuis la marge du rift, à un rythme régulier d’environ 20 kilomètres par million d’années. Chaque fois qu’un morceau de quille froide se détache et s’enfonce, du manteau chaud remonte pour le remplacer. Ce manteau ascendant se décomprime et fond partiellement, et le liquide de faible volume, riche en gaz, qu’il produit est exactement le genre de liquide qui donne la kimberlite. Les éruptions avancent donc des bords du continent vers l’intérieur sur des dizaines de millions d’années, ce qui correspond précisément à la configuration que l’équipe a détectée dans les archives géologiques de l’Afrique, de l’Amérique du Nord et de l’Amérique du Sud.
Une correction apportée par les auteurs à l’article est parue dans Nature en décembre 2023, mais elle ne modifie pas la conclusion centrale sur le décalage entre la dislocation continentale et l’éruption des kimberlites. Ce résultat redéfinit les kimberlites comme les répliques différées du rifting continental, la lente réponse du manteau profond à une blessure de la surface. Il a aussi une portée pratique que l’équipe s’est empressée de souligner. Si vous savez quand et où un continent s’est disloqué, le modèle vous indique à peu près quand et où vous attendre à trouver des cheminées diamantifères. Comme Gernon l’a dit aux journalistes : « Nous savons où, quand et pourquoi les kimberlites se forment, et c’est très utile pour la prospection. »
Où sont les diamants
On trouve des cheminées de kimberlite sur tous les continents, mais une poignée de lieux ont façonné l’histoire du diamant et celle de la science qui l’explique. Chacun d’eux repose sur un craton, un noyau continental ancien resté stable pendant des milliards d’années et dont la racine profonde est restée assez froide pour fabriquer et préserver des diamants. La carte des grandes mines de diamants du monde est, au fond, la carte de la croûte la plus ancienne du monde.
Kimberley et le Big Hole, Afrique du Sud
L’ère du diamant a commencé en Afrique du Sud, et elle a commencé avec un enfant et un caillou. En 1866, Erasmus Jacobs, quinze ans, a ramassé une pierre scintillante sur la rive du fleuve Orange. C’était un diamant de 21,25 carats, plus tard baptisé l’Eureka. En 1869, une pierre de 83,5 carats appelée l’Étoile d’Afrique du Sud a fait surface non loin de là et s’est vendue une fortune. En 1871, des prospecteurs ont remonté la piste des diamants jusqu’à une petite colline appelée Colesberg Kopje, sur une ferme appartenant aux frères De Beers, et la ruée a commencé. Un campement bancal de tentes et de baraques a enflé jusqu’à devenir une ville de 50 000 habitants, rebaptisée Kimberley en 1873 d’après le secrétaire d’État britannique aux Colonies.
Ce qui a suivi compte parmi les plus extraordinaires exploits de travail manuel de l’histoire humaine. Du milieu de 1871 à 1914, jusqu’à 50 000 mineurs ont attaqué la cheminée de kimberlite à coups de pioches, de pelles, de seaux et de cordes, creusant un cratère que l’on a fini par appeler simplement le Big Hole. Lorsque les travaux ont cessé, le 14 août 1914, ils avaient extrait à la main plus de 22 millions de tonnes de roche et récupéré environ 14,5 millions de carats de diamants, soit près de trois tonnes. La fosse mesure environ 463 mètres de diamètre et a été creusée jusqu’à 240 mètres de profondeur avant que les débris, puis l’eau, ne ramènent la profondeur visible à environ 175 mètres. Quand les travaux à ciel ouvert sont devenus trop dangereux, la cheminée a été suivie sous terre par la compagnie De Beers de Cecil Rhodes jusqu’à plus de 1 000 mètres. Le Big Hole est largement décrit comme la plus grande excavation creusée à la main sur Terre, bien que ce titre soit contesté par la mine voisine de Jagersfontein.
Le coût humain a sa place dans tout récit honnête de ce lieu. La mine fonctionnait grâce à une main-d’œuvre migrante, dans des conditions dures et racialement ségréguées, dans une ville où les maladies, les accidents, la rareté de l’eau et la chaleur brutale ont tué de nombreux travailleurs, dont la grande majorité étaient des ouvriers noirs logés dans des camps fermés. La richesse diamantifère de Kimberley a aussi bâti la fortune de Cecil Rhodes, dont la De Beers Consolidated Mines, fondée en 1888, a ensuite dominé le commerce mondial du diamant pendant tout le siècle suivant. La ville a donné son nom à la roche elle-même, si bien que chaque kimberlite, sur chaque continent, porte aujourd’hui dans son nom la trace de ce seul camp minier sud-africain.
Mir, Sibérie
Pendant des décennies, l’Union soviétique n’a disposé d’aucune source nationale de diamants et a dépendu des importations pour les diamants industriels dont ses usines avaient besoin. Cela a changé le 13 juin 1955, lorsque les géologues Yuri Khabardin, Ekaterina Elagina et Viktor Avdeenko, qui participaient à la vaste expédition Amakinsky à travers les étendues sauvages de la Yakoutie, dans l’est de la Sibérie, ont découvert les indices révélateurs d’une cheminée diamantifère. Ils l’ont nommée Mir, mot russe qui signifie paix. Khabardin a reçu le prix Lénine en 1957 pour cette découverte, l’une des plus hautes distinctions que l’État soviétique pouvait décerner.
Exploiter Mir, c’était faire la guerre à l’un des climats les plus cruels de la planète. L’hiver dans cette partie de la Sibérie dure sept mois, et les températures peuvent descendre en dessous de moins 40 degrés. L’acier devenait cassant et se rompait, le caoutchouc se brisait en éclats et l’huile gelait complètement. Les équipes ont dû recourir à des moteurs à réaction et à de la dynamite pour percer le pergélisol. La mine à ciel ouvert qu’elles ont fini par creuser est devenue l’un des plus grands trous excavés du monde, d’environ 525 mètres de profondeur et de 1 200 mètres de diamètre, si vaste que l’espace aérien au-dessus aurait été fermé à cause de dangereux courants descendants. Au plus fort de son activité, dans les années 1960, la mine produisait environ 10 millions de carats de diamants par an, dont environ 20 % de qualité gemme, et ses niveaux supérieurs atteignaient jusqu’à quatre carats par tonne de minerai, une teneur exceptionnelle. L’exploitation à ciel ouvert a pris fin en 2001, après 44 ans, et l’exploitation souterraine a repris par la suite. La kimberlite de Mir elle-même est entrée en éruption au Dévonien, il y a environ 360 millions d’années, une impulsion du volcanisme kimberlitique sibérien qui pourrait être liée à un ancien rift avorté, le rift du Viliouï, sur la bordure orientale du craton sibérien.
Le craton des Esclaves, Canada
Les diamants sont arrivés tard au Canada, et leur découverte se lit comme un thriller de prospection. Les géologues Chuck Fipke et Stewart Blusson ont passé plus de dix ans à suivre la piste ténue de minéraux indicateurs à travers la nature sauvage du Nord, convaincus que l’ancien craton des Esclaves, près du Lac de Gras, possédait exactement la racine profonde et froide dont les diamants ont besoin. En 1991, en collaboration avec la compagnie minière BHP, ils ont confirmé la présence de kimberlite diamantifère à Point Lake. L’annonce a déclenché la plus grande ruée au jalonnement minier de l’histoire du Canada, des titres miniers s’étendant sur des dizaines de milliers de kilomètres carrés presque du jour au lendemain. La première mine de diamants du Canada, Ekati, a ouvert en 1998. La mine Diavik, exploitée par Rio Tinto, a suivi quelques années plus tard, et le Canada est devenu l’un des principaux producteurs de diamants au monde.
Les kimberlites du Lac de Gras sont géologiquement jeunes, entrées en éruption il y a environ 53 à 56 millions d’années, mais les diamants qu’elles transportent sont anciens. Parmi eux figurent les cristaux de 3,52 milliards d’années de la cheminée de Panda, à Ekati, les plus anciens diamants datés avec précision sur Terre. Certaines de ces cheminées sont extraordinairement riches, avec des teneurs en diamants de plusieurs carats par tonne, bien au-dessus de la plupart des mines du monde. Le craton des Esclaves est devenu l’une des régions diamantifères les plus fécondes sur le plan scientifique, précisément parce que sa racine mantellique est restée froide et stable depuis l’Archéen, à la fois pour fabriquer des diamants et pour les conserver. C’est aussi le terrain d’essai d’une grande partie de la science la plus récente, notamment la kimberlite de Jericho, qui a servi de socle à la modélisation de 2025 portant sur le dioxyde de carbone et l’ascension.
Comment les prospecteurs trouvent réellement une cheminée
Les diamants eux-mêmes sont beaucoup trop rares et dispersés pour être recherchés directement. Même une kimberlite riche ne contient peut-être que quelques carats de diamant par tonne de roche, soit une concentration d’environ une partie par million, et de nombreuses cheminées rentables en contiennent bien moins. Les prospecteurs cherchent donc plutôt la compagnie que fréquente une kimberlite. En s’altérant à la surface, la kimberlite libère une série de minéraux distinctifs et durables qui survivent dans les cours d’eau et les débris glaciaires bien après que la roche plus tendre s’est effritée. Ces minéraux indicateurs comprennent le grenat pyrope riche en chrome, souvent d’un rouge-pourpre vif, le diopside chromifère d’un vert éclatant et l’ilménite riche en magnésium. Les géologues prélèvent des concentrés de minéraux lourds dans les sédiments et remontent la piste des indicateurs en amont, dans les cours d’eau comme dans le sens inverse de l’écoulement glaciaire, jusqu’à leur source. Les levés magnétiques et gravimétriques aident aussi, car la kimberlite contient de la magnétite et est plus dense qu’une bonne partie des roches qu’elle recoupe. Cette chasse est une enquête policière écrite en cristaux dispersés : on remonte de la piste jusqu’à la cheminée cachée qui l’a laissée.
Pourquoi tout cela importe
Les diamants méritent d’être étudiés pour des raisons qui n’ont pas grand-chose à voir avec les bagues de fiançailles. Ce sont les échantillons naturels les plus profonds, les plus anciens et les plus durables que nous puissions jamais tenir entre nos mains. Les plus profonds nous parviennent d’aussi loin que 700 kilomètres de profondeur, bien en dessous de tout ce qu’un forage pourrait atteindre. Les plus anciens portent des archives scellées d’une époque où l’air ne contenait pas d’oxygène. Chaque diamant est une capsule temporelle, et les inclusions qu’il renferme préservent la chimie, la température et même le style tectonique d’une partie de la Terre qu’aucun instrument ne visitera jamais.
En lisant ces inclusions, les chercheurs ont reconstitué le moment où les continents se sont formés pour la première fois, celui où la tectonique des plaques a commencé à fonctionner sous sa forme moderne, la manière dont le carbone circule entre le monde de la surface et l’intérieur profond, et l’évolution du manteau sous les cratons anciens au fil de milliards d’années. Les mêmes isotopes qui datent un diamant révèlent aussi si son carbone provient du manteau primordial ou de matériaux de surface recyclés vers le bas par la subduction. Chaque cristal devient ainsi le témoin de processus survenus avant qu’il y ait quiconque, ou quoi que ce soit, pour en être témoin. L’histoire des premiers continents de la planète est, en partie, écrite à l’intérieur de ses gemmes.
Le bénéfice pratique, c’est la prospection. Savoir que les diamants vivent dans les racines froides des vieux cratons, que les kimberlites puisent dans ces racines et que les éruptions se regroupent des dizaines de millions d’années après la dislocation continentale met entre les mains des prospecteurs une carte des endroits où chercher. Il en va de même de la compréhension des minéraux indicateurs qui mènent jusqu’à une cheminée enfouie. Les travaux de 2025 sur les seuils de dioxyde de carbone laissent même entrevoir pourquoi certaines cheminées sont riches en diamants alors que leurs voisines sont stériles, car le budget de gaz qui entraîne l’éruption détermine aussi la quantité de cargaison mantellique que le magma peut amener intacte jusqu’à la surface. Une cheminée à court de dioxyde de carbone a pu s’arrêter dans la croûte, sans jamais entrer en éruption, laissant ses diamants bloqués en profondeur. Une cheminée qui en transportait assez a livré sa cargaison à la lumière du jour.
Tout cela comporte un épilogue qui invite à l’humilité. Aucun être humain n’a jamais vu une kimberlite entrer en éruption. Les plus jeunes volcans de kimberlite connus, dans les collines d’Igwisi, en Tanzanie, n’ont qu’environ dix mille ans, et même eux sont antérieurs à toute trace écrite. Tout ce que nous savons de la fusée à diamants a été reconstitué après coup, à partir de la plomberie figée mise à nu dans les parois des mines, de l’argon piégé dans de microscopiques paillettes de mica, de la chimie de cristaux qui ont grandi avant que l’air soit respirable, et de la statistique d’éruptions éparpillées sur un milliard d’années. Un dinosaure a très bien pu lever les yeux et voir l’une de ces fontaines déchirer le sol. Nous n’avons que les décombres, et les diamants qu’ils renferment, pour nous dire ce qui s’est passé, et ces décombres se sont révélés l’une des archives les plus riches que la Terre conserve de son propre passé profond.
Questions fréquentes
Les diamants sont-ils faits de charbon ?
Non. C’est un mythe. Le charbon est une roche sédimentaire formée à partir de plantes de surface, et il est rarement enfoui à plus de deux kilomètres de profondeur. Les diamants se forment à partir du carbone du manteau, entre 150 et 200 kilomètres de profondeur environ, et la plupart des diamants sont bien plus anciens que les premières plantes terrestres, apparues il y a environ 400 millions d’années seulement. Le charbon et le diamant n’ont en commun que l’élément carbone. Un diamant ne peut pas être fabriqué à partir d’une plante qui n’existerait pas avant un milliard d’années après la cristallisation de ce diamant.
Quel âge ont les diamants ?
Beaucoup ont plus d’un milliard d’années, et les diamants les plus anciens datés avec précision, à partir d’inclusions de sulfure dans des pierres de la mine d’Ekati, au Canada, ont environ 3,52 milliards d’années. Cela représente à peu près les trois quarts de l’âge de la Terre, et c’est plus ancien que l’oxygène de l’atmosphère. Des diamants se sont formés en épisodes distincts tout au long de l’histoire de la Terre, et certains continuent probablement de se former aujourd’hui dans le manteau profond.
À quelle vitesse la kimberlite entre-t-elle en éruption ?
Les estimations validées par les pairs situent l’ascension à travers la lithosphère entre 4 et 20 mètres par seconde environ, le trajet complet du manteau profond à la surface prenant de moins de dix heures à environ deux jours. L’argon piégé dans des grains de mica à l’intérieur de xénolites mantelliques indique, de façon indépendante, des temps de transport de quelques heures à quelques jours. Les descriptions populaires telles que « la vitesse du son » ou « 80 miles par heure » sont des formules spectaculaires, et non des vitesses d’ascension profonde mesurées, et il ne faut pas les prendre pour la vitesse à laquelle le magma traverse le manteau.
D’où viennent les diamants ?
Sur le plan géologique, les diamants se forment dans les racines froides des continents anciens, là où le carbone cristallise de 150 à 200 kilomètres de profondeur sous des cratons stables. Ils atteignent la surface dans des éruptions de kimberlite, qui jouent le rôle d’ascenseurs rapides depuis le manteau. Les principales régions minières comprennent l’Afrique du Sud, le craton sibérien de la Russie, le Botswana et le craton des Esclaves du nord du Canada, tous bâtis sur une croûte continentale très ancienne.
Qu’est-ce qu’une cheminée de kimberlite ?
Une cheminée de kimberlite est une structure volcanique en forme de carotte, étroite en profondeur et évasée vers la surface, formée lorsque du magma kimberlitique riche en gaz perce la croûte à l’explosif et creuse, près du sommet, un large évent appelé diatrème. Ces cheminées sont la principale source primaire de diamants et représentent plus de 70 % de la production minière. La plupart des cheminées ne contiennent aucun diamant, et seule une petite fraction est assez riche pour être exploitée de façon rentable.
Les scientifiques peuvent-ils prédire où l’on trouvera des diamants ?
De plus en plus, oui. Les recherches qui relient les éruptions de kimberlite à la dislocation des supercontinents, associées aux levés de minéraux indicateurs et à des méthodes géophysiques comme la cartographie magnétique et gravimétrique, aident à restreindre la recherche aux terrains les plus prometteurs. La conclusion de 2023 selon laquelle les kimberlites ont tendance à entrer en éruption environ 30 millions d’années après le rifting continental, en migrant vers l’intérieur des terres à environ 20 kilomètres par million d’années, donne aux prospecteurs un cadre pour prédire où les cheminées diamantifères sont le plus susceptibles de se trouver.
