Un essai étaye l’hypothèse de l’hydrure de fer superionique au noyau terrestre

Un laser frappe un échantillon placé sous pression entre de petites enclumes en diamant. Dans cette expérience menée par l’Institut Science Tokyo, des chercheurs ont chauffé de l’hydrure de fer à plus de 2 000 kelvins et l’ont soumis à une pression de 110 gigapascals maximum. La diffraction des rayons X a révélé une courbe inhabituelle de la dilatation thermique. Les chercheurs japonais l’ont interprétée comme la première confirmation expérimentale que de l’hydrure de fer superionique peut exister dans le noyau terrestre.

Le terme superionique peut sembler contradictoire, mais il décrit un état précis de la matière : les atomes de fer restent liés dans un cristal, comme dans un solide, tandis que les atomes d’hydrogène, plus légers, le traversent comme le ferait un liquide. Dans le noyau terrestre, ce comportement serait attendu dans des conditions que le laboratoire ne peut atteindre qu’approximativement : la pression y dépasse 300 gigapascals et la température 6 000 kelvins. Dès 6 gigapascals, le graphite se transforme en diamant.

L’indice décisif se trouvait dans la dilatation thermique. Jusqu’à 1 590 kelvins, les cristaux d’hydrure de fer se dilataient ; au-delà, leur dilatation diminuait brutalement. La courbe ressemble à un V inversé et correspond au schéma observé dans d’autres matériaux lors du passage de la phase solide à la phase superionique. Les résultats ont été publiés dans Nature Geoscience.

Lors d’une deuxième expérience, les cristaux ont été soumis à une tension électrique. L’hydrogène s’est effectivement déplacé dans le matériau en direction de la tension, mais plus lentement que prévu par les calculs. Pour traverser l’ensemble du noyau interne de la Terre, il lui faudrait plus de cent fois l’âge de la Terre. Les chercheurs en concluent que l’hydrogène arrivé dans le noyau terrestre lors de la formation de la planète y restera enfermé dans un avenir prévisible.

Et concrètement, qu’est-ce que cela change ? Aucun procédé de production d’hydrogène blanc — c’est-à-dire d’hydrogène naturellement présent — n’en découle. La mesure fournit toutefois un élément possible pour expliquer pourquoi les ondes sismiques secondaires, autrement dit les ondes de cisaillement à l’intérieur de la Terre, traversent le noyau plus lentement que prévu : l’hydrogène mobile pourrait rendre l’alliage de fer plus souple et atténuer les cisaillements sismiques.