L'hypothèse de la formation de diamants autour du cœur des géantes glacées que sont Neptune et Uranus se confirme en laboratoire.

C’est une hypothèse depuis plusieurs années : au cœur de la belle Neptune, il pleut des diamants. Et un phénomène similaire advient peut-être aussi dans Uranus, sa planète voisine. Dans un papier de recherche publié le 26 mai 2020 dans Nature Communicatons, des chercheurs américains expliquent avoir probablement compris le phénomène chimique qui est à l’oeuvre.

L’environnement de ces deux planètes est bien différent de celui de la Terre : ce sont des géantes glacées. Et pour cause, ce sont les planètes les plus lointaines du système solaire. Leur atmosphère est majoritairement composée d’hydrogène et d’hélium, avec une faible quantité de méthane. Que leur atmosphère glacée ne vous y trompe pas, les températures sont extrêmes au sein de ces planètes — Neptune et Uranus émettent plus d’énergie qu’elles n’en reçoivent du Soleil. Ce point reste d’ailleurs en grande partie un mystère.

Image d’illustration de la division des hydrocarbures en diamants. // Source : HZDR / Sahneweiß

L’hypothèse est que, sous de telles pressions, le méthane — qui est un hydrocarbure, détail important pour la suite — se fractionne en formant une véritable pluie de diamants tout autour du cœur. Malheureusement ces planètes sont très loin, ce qui complique la tâche pour vérifier la théorie. Jusqu’à maintenant, une seule sonde, Voyager 2, a pu s’approcher de Neptune — et elle l’a seulement frôlée ! Reproduire en laboratoire les conditions physiques extrêmes de Neptune et d’Uranus reste donc aujourd’hui la meilleure solution pour déchiffrer les phénomènes qui les caractérisent.

Il ne reste plus rien du carbone à la fin

Les scientifiques de l’université de Stanford ont utilisé du polystyrène à la place du méthane, car ce sont deux hydrocarbures très proches. Puis ils l’ont soumis à des conditions neptuniennes, en augmentant la pression et en chauffant le matériau jusqu’à 4 727 degrés Celsius, à l’aide d’un puissant laser optique. En projetant des rayons X pour mesurer la façon dont la lumière rebondit sur les électrons, les scientifiques ont pu observer assez clairement la réaction chimique.

Il s’avère que le processus provient bien d’une séparation des hydrocarbures (hydrogène + carbone) : pendant que l’hydrogène s’échappe, le carbone se transforme en diamant, car lorsque cet élément est « seul », c’est sa forme la plus stable sous de telles pressions et températures. Les scientifiques ont même constaté que, dans ces conditions, il ne reste plus la moindre portion de carbone : tout se cristallise.

Les auteurs relèvent par ailleurs que la pluie de diamants pourrait expliquer pourquoi Neptune et Uranus émettent plus d’énergie qu’elles n’en reçoivent. Lorsque des diamants se forment au cœur de ces planètes, ces diamants sont plus denses que la matière qui les entoure. La friction entre ces éléments denses et leur environnement moins dense produit de l’énergie gravitationnelle et cette énergie génère de la chaleur. Comme quoi, une réponse peut en amener d’autres. Même si cela reste des hypothèses, après expérimentation elles passent maintenant au stade d’hypothèses solides.

La réussite de l’expérience elle-même ravit les scientifiques, quant à la possibilité de reproduire les conditions internes extrêmes de certaines planètes. « Par exemple, nous pourrons voir comment l’hydrogène et l’hélium, des éléments que l’on trouve à l’intérieur de géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne, se mélangent et se séparent dans ces conditions extrêmes. C’est une nouvelle façon d’étudier l’histoire de l’évolution des planètes et des systèmes planétaires, tout en nourrissant les expériences sur les futures formes potentielles d’énergie de fusion », commente l’un des auteurs.

Crédit photo de la une : Stanford

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