Sous la surface de Mercure, le plus petit et le plus proche des planètes du système solaire, se cacherait un étonnant secret : un épais manteau de diamants. Un récent modèle scientifique explore les conditions extrêmes de formation de ces gemmes, offrant une perspective inédite sur la structure interne de ce mystérieux monde.
Le couche épaisse de diamants pourrait s’être formée peu après la naissance de Mercure, il y a 4,5 milliards d’années, lorsque l’on pense que la planète avait une croûte de graphite flottant sur un océan profond de magma : c’est alors que la formation d’un noyau interne solide aurait créé les conditions extrêmes favorisant la transition graphite-diamant.
Mercure vue par la sonde MESSENGER / Crédit : NASA
Sous la surface de Mercure, la plus petite planète du système solaire et la plus proche du Soleil, pourrait se trouver une couche de diamants épaisse de presque 20 km. Les diamants se seraient formés peu après la naissance de la planète, il y a 4,5 milliards d’années, lorsque l’on pense que Mercure avait une croûte de graphite flottant sur un océan profond de magma : c’est alors que la formation d’un noyau interne solide aurait créé les conditions extrêmes qui ont favorisé la transition graphite-diamant. Une équipe de chercheurs a recréé ces conditions grâce à une machine appelée presse à enclume, normalement utilisée pour étudier le comportement des matériaux à des pressions extrêmes, mais aussi pour la production de diamants synthétiques.
“Il s’agit d’une presse énorme, qui nous permet de soumettre des échantillons minuscules à la même haute pression et à la même haute température que celles que l’on pourrait attendre dans les profondeurs de Mercure, à la frontière entre le manteau et le noyau”, a expliqué Bernard Charlier, chef du département de géologie à l’Université de Liège en Belgique et co-auteur de l’étude rapportant les résultats sur Nature Communications.
Dans l’expérience, l’équipe a inséré un mélange d’éléments, dont du silicium, du titane, du magnésium et de l’aluminium, à l’intérieur d’une capsule de graphite, imitant la composition théorisée de l’intérieur de Mercure lors de ses premiers jours. Les chercheurs ont ensuite soumis la capsule à des pressions presque 70 000 fois supérieures à celles présentes à la surface de la Terre et à des températures allant jusqu’à 2 000 °C, reproduisant ainsi les conditions qui caractérisaient probablement la frontière entre le manteau et le noyau de Mercure il y a des milliards d’années. Ce qui a été obtenu a ensuite été observé au microscope électronique, révélant que le graphite s’était transformé en cristaux de diamant. Le processus, expliquent les chercheurs, peut très probablement refléter ce qui s’est passé sous la surface de Mercure, nous fournissant des informations précieuses sur la structure interne de la planète.
Sous la surface de Mercure pourrait se trouver une épaisse couche de diamants
Mercure est la deuxième planète la plus dense après la Terre : son grand noyau de fer occupe 85 % de la planète et sa surface est particulièrement sombre, en raison de la présence répandue de graphite, qui est une forme de carbone, comme l’ont montré des observations précédentes de la sonde spatiale MESSENGER de la NASA. Les diamants sont également constitués d’atomes de carbone, qui prennent une structure tétraédrique caractéristique dans des conditions spécifiques de pression et de température. Une autre étude antérieure a également suggéré la présence de soufre dans le noyau de Mercure, ce qui pourrait avoir un effet sur la cristallisation de l’océan de magma.
En particulier, avec un contenu en soufre d’environ 11 %, les chercheurs ont calculé une température de 238 degrés inférieure à celle de l’océan de magma. “Cela est positif pour la stabilité du diamant, car le diamant préfère la haute pression mais une température plus basse. Et c’est principalement ce que nous disent nos expériences : l’océan de magma de Mercure est plus froid que prévu et également plus profond, comme nous le savons grâce à la réinterprétation des mesures géophysiques”, a ajouté Charlier, faisant référence aux données produites par la sonde MESSENGER.
Scénario proposé pour la formation de la couche de diamants à la frontière entre le noyau et le manteau de Mercure / Crédit : Nature Communications 2024.
La formation subséquente d’un noyau interne solide aurait alors pu créer la pression extrême qui, en présence d’une température plus basse de l’océan de magma, aurait favorisé la formation des diamants : selon les calculs des chercheurs, ils formeraient une couche épaisse de 15 à 18 km.
Pour l’instant, l’épaisseur de la couche est encore une estimation, tout comme il n’est pas possible de dire combien les diamants individuels pourraient être grands. Quoi qu’il en soit, les chercheurs estiment qu’ils ne pourront jamais être extraits, même avec les technologies futures les plus avancées, car ils se trouveraient à une profondeur d’environ 500 km, à la frontière entre le noyau et le manteau de Mercure. “Cependant, certaines laves à la surface de Mercure se sont formées par la fusion d’un manteau très profond – a précisé Charlier – . Il est donc raisonnable de penser que ce processus est capable de faire remonter certains diamants à la surface, comme cela se produit sur Terre.”