Le noyau de la planète Terre se retrouve à des milliers de kilomètres de sa surface. Il se compose d’une partie interne composée de nickel et de fer solides ainsi que d’une partie externe dans laquelle ces deux matières se retrouvent à l’état de fluide. Au niveau du noyau externe, les conditions sont extrêmes. Les pressions sont écrasantes avec des températures torrides. Une équipe de l’Université de Lille en France a toutefois réussi à recréer en laboratoire, ces conditions insupportables pour un être humain. Ce qui leur a permis d’observer la déformation structurelle du fer. Les travaux publiés dans Physical Review Letters, ont été relayé ce matin par le site Science Alert.
Des travaux pour mieux comprendre certains phénomènes
L’équipe du physicien Sébastien Merkel a recréé les conditions du noyau externe de la terre pour réaliser plusieurs observations. La première consiste à avoir une meilleure compréhension de la planète là où la seconde se rapporte aux comportements du fer. L’idée est d’arriver à déterminer ce qui arrive exactement lorsque plusieurs morceaux de fer entrent en collision dans l’espace.
Pour la physicienne Arianna Gleason, travaillant également sur le projet, ils n’ont pas pu réaliser les conditions du noyau interne. Néanmoins, le fait que l’équipe ait pu atteindre celles du noyau externe est une très grande réussite.
Dans les conditions comme celles de la surface de la Terre, le fer est connu pour former un réseau cubique. La disposition des atomes se fait suivant une grille : des atomes se retrouvent aux coins et au centre de chaque cube. Lorsque le fer est soumis à des pressions élevées, ce réseau cubique change de forme. Celui-ci se déforme afin de permettre à plus d’atomes de s’insérer dans le même volume d’espace.
On pourrait donc penser que les atomes de fer se trouvant dans le noyau de la Terre vont se comporter de la même façon. La vérité est qu’avec des pressions et des températures aussi extrêmes, il y a de fortes chances que les atomes de fer se comportent autrement.
C’est donc pour avoir des éclaircissements à ce niveau que l’équipe française a travaillé à reproduire artificiellement les conditions du noyau externe. Encore que les mêmes pressions et températures se retrouvent dans les naines blanches.
Un travail réalisé à partir de deux lasers
Si l’équipe du professeur Sébastien Merkel a pu reproduire les conditions voulues, c’est surtout grâce à l’évolution de la technologie laser. L’équipe s’est servie de deux lasers. Le premier est un laser optique dont l’utilisation a permis de tirer sur un échantillon microscopique de fer. Le choc engendré a créé une pression et une chaleur intenses.
L’échantillon a ainsi été soumis à une pression ayant atteint les 187 gigapascals pour une température dont la valeur est allée à 3796,85 degrés Celsius. En comparaison, le noyau externe est soumis à une pression comprise entre 135 et 330 gigapascals et une température pouvant atteindre 4726.85 Celsius. Il ne s’agissait là que de la première partie de l’expérience.
La seconde partie a consisté à mesurer la structure atomique du fer tout au long du processus. Ce qui était loin d’être facile à mettre œuvre. Pour y arriver, l’équipe de chercheurs s’est servi d’un laser à électrons libres à rayons X appartenant au Linac Coherent Light Source.
Elle a eu à réaliser des mesures dans un délai d’un milliardième de seconde, selon les déclarations faites par madame Gleason. Les images obtenues ont par la suite été compilées sur une seule séquence. Ce qui a permis de comprendre que face à des conditions pareilles, le fer a tendance à se jumeler. Il s’agit d’un phénomène qu’on observe généralement lorsqu’un réseau cristallin est tellement comprimé au point où plusieurs cristaux partagent les mêmes points du réseau.
Schémas de deux réseaux de cristaux comprimés (S. Merkel/University de Lille, France)
L’équipe a également déduit que l’arrangement atomique est fait de sorte que les formes hexagonales tournent de près de 90 degrés. Pour madame Gleason, il ne fait désormais aucun doute que le phénomène de jumelage confère au fer une solidité tout simplement incroyable.
Les implications de cette découverte
Cette découverte reste une avancée majeure dans la compréhension des collisions spatiales. Les informations recueillies pourront être intégrées dans des modèles pour faire différentes simulations. Certes, cela ne devrait pas concerner le noyau terrestre vu que celui-ci est bien protégé par la croute terrestre.
Néanmoins, cela pourrait s’avérer utile pour l’étude d’autres astéroïdes métalliques qui disposent de noyaux nus et exposés. Elles peuvent entrer en collision avec des objets. Ce qui entrainerait une déformation de la structure du fer contenu dans ces corps. Grâce à cette découverte, nous avons une idée de ce qui pourrait se passer. Ceci sans bien sûr oublier que nous disposons désormais d’une meilleure connaissance de la planète.
Mais pour Gleason, l’essentiel est ailleurs. Grâce à ces recherches, elle et son équipe viennent de développer un moyen efficace de faire ce type de mesures. Ce qui à l’avenir permettra de mieux modéliser certains mécanismes de déformation fondamentaux.