Laurent tourelle
La plus petite planète du système solaire pourrait receler un secret de taille. En analysant les données de la sonde spatiale MESSENGER de la NASA, des scientifiques ont découvert qu’un manteau de diamant de 16 kilomètres d’épaisseur pourrait se cacher sous la croûte de Mercure, la planète la plus proche du Soleil.
Mercure intrigue depuis longtemps les chercheurs en raison de ses caractéristiques uniques par rapport aux autres planètes du système solaire. Parmi ces particularités, on note sa surface extrêmement sombre, son noyau exceptionnellement dense et la fin prématurée de son activité volcanique.
Une autre énigme concerne les taches de graphite présentes sur sa surface. Le graphite est un allotrope du carbone, et sa présence a conduit les scientifiques à proposer qu’à l’aube de son histoire, Mercure possédait un océan de magma riche en carbone. Ce magma aurait flotté à la surface, formant des taches de graphite et contribuant à la teinte sombre de la planète.
Ce processus aurait également conduit à la formation d’un manteau riche en carbone sous la surface de Mercure.
L’équipe à l’origine de ces découvertes estime que ce manteau n’est pas composé de graphène, comme on le pensait auparavant, mais d’un autre allotrope de carbone bien plus précieux : le diamant.
« Nous avons calculé que, compte tenu de la nouvelle estimation de la pression à la limite entre le manteau et le noyau, et sachant que Mercure est une planète riche en carbone, le minéral contenant du carbone qui se formerait à l’interface entre le manteau et le noyau serait du diamant et non du graphite », a déclaré Olivier Namur, membre de l’équipe et professeur associé à la KU Leuven, dans une interview accordée à Space.com. « Notre étude utilise des données géophysiques collectées par le vaisseau spatial MESSENGER de la NASA. »
MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging), lancé en août 2004, est devenu le premier vaisseau spatial à orbiter autour de Mercure. La mission, qui s’est achevée en 2015, a cartographié l’intégralité de cette petite planète, découvrant d’abondantes glaces d’eau dans l’ombre des pôles et recueillant des données cruciales sur la géologie et le champ magnétique de Mercure.
Sous pression !
Cette nouvelle étude fait également écho à une découverte majeure survenue il y a quelques années, lorsque les scientifiques ont réévalué la distribution de la masse sur Mercure et ont constaté que le manteau de cette petite planète est plus épais qu’on ne le pensait auparavant.
« Nous avons immédiatement pensé que cela devait avoir une énorme implication sur la spéciation [la distribution d’un élément ou d’un allotrope parmi les espèces chimiques dans un système] du carbone, du diamant par rapport au graphite, sur Mercure », a déclaré Namur.
Pour étudier ce phénomène, l’équipe a reproduit les conditions de l’intérieur de Mercure sur Terre en utilisant une presse à grand volume. Ils ont appliqué des pressions extrêmes, dépassant sept gigapascals, à un silicate synthétique simulant le matériau du manteau de Mercure, atteignant des températures allant jusqu’à 2 177 degrés Celsius.
Ces expériences ont permis d’observer comment des minéraux similaires à ceux trouvés dans le manteau de Mercure au début de son existence évoluent sous de telles conditions. En parallèle, ils ont utilisé la modélisation informatique pour analyser les données sur l’intérieur de Mercure, fournissant des indices sur la formation possible du manteau de diamant de la planète.
« Nous pensons que le diamant pourrait s’être formé par deux processus. Le premier est la cristallisation de l’océan de magma, mais ce processus a probablement conduit à la formation d’une très fine couche de diamant à l’interface noyau/manteau », a expliqué Namur. « Le deuxième, et le plus important, est la cristallisation du noyau métallique de Mercure. »
Namur a détaillé que lorsque Mercure s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années, son noyau était entièrement liquide et s’est cristallisé progressivement au fil du temps. La nature exacte des phases solides formées dans le noyau interne reste mal comprise, mais l’équipe pense que ces phases étaient pauvres en carbone.
« Le noyau liquide avant la cristallisation contenait du carbone ; ainsi, la cristallisation a conduit à un enrichissement en carbone dans la masse fondue résiduelle », a-t-il ajouté. « À un moment donné, un seuil de solubilité a été atteint, ce qui signifie que le liquide ne pouvait plus dissoudre davantage de carbone, et le diamant s’est formé. »
Le diamant, bien que dense, n’est pas aussi dense que le métal. Pendant ce processus, il aurait flotté jusqu’au sommet du noyau, s’arrêtant à la limite entre le noyau de Mercure et son manteau. Cela aurait entraîné la formation d’une couche de diamant d’environ 1 km d’épaisseur, qui aurait continué à croître avec le temps.
Cette découverte met en lumière les différences entre la formation de la planète la plus proche du Soleil et celle des autres planètes rocheuses du système solaire, à savoir Vénus, la Terre et Mars.
« Mercure s’est formée beaucoup plus près du Soleil, probablement à partir d’un nuage de poussière riche en carbone. Par conséquent, Mercure contient moins d’oxygène et plus de carbone que les autres planètes, ce qui a conduit à la formation d’une couche de diamant », a précisé Namur. « Cependant, le noyau terrestre contient également du carbone, et la formation de diamants dans le noyau terrestre a déjà été suggérée par divers chercheurs. »
Le chercheur espère que cette découverte pourrait aider à élucider certains des autres mystères entourant la plus petite planète du système solaire, notamment pourquoi sa phase volcanique s’est interrompue il y a environ 3,5 milliards d’années.
« L’une des principales questions que je me pose concernant l’évolution de Mercure est pourquoi la phase majeure de volcanisme n’a duré que quelques centaines de millions d’années, soit beaucoup moins longtemps que sur les autres planètes rocheuses. Cela doit signifier que la planète s’est refroidie très rapidement », a expliqué Namur. « Cela est en partie lié à la petite taille de la planète, mais nous travaillons actuellement avec des physiciens pour comprendre si une couche de diamant aurait pu contribuer à une dissipation très rapide de la chaleur, mettant ainsi fin prématurément au volcanisme majeur. »
Namur a indiqué que la prochaine étape pour l’équipe sera d’étudier l’effet thermique d’une couche de diamant à la frontière entre le manteau et le noyau. Cette recherche pourrait être renforcée par les données d’une mission future qui suivra les traces de MESSENGER.
« Nous attendons également avec impatience les premières données collectées par BepiColombo, espérons-le en 2026, pour affiner notre compréhension de la structure interne et de l’évolution de Mercure », a conclu Namur.
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans la revue Nature Communications .
