Mercure, avec ses caractéristiques particulières, notamment son très faible champ magnétique (1 % de celui de la Terre) et son noyau particulièrement massif par rapport à sa taille, n’a pas fini de nous surprendre. Dans le cadre d’une récente étude internationale, des chercheurs suggèrent que dans les entrailles de la planète, au niveau de la frontière noyau-manteau, se trouve une couche de diamant de 15 km d’épaisseur. Cependant, l’extraction de ces pierres précieuses n’est pas envisageable, compte tenu des conditions extrêmes sur Mercure.
La forte densité de Mercure laisse penser que son noyau est composé de fer, et c’est un élément suffisant pour susciter l’intérêt des scientifiques. Le volume de ce noyau, vraisemblablement liquide, occupe près des 2/3 de son volume (61% contre 17% pour le noyau terrestre). D’ailleurs, le manteau de la planète dispose d’une croûte relativement épaisse. En 2004, le vaisseau d’étude Messenger de la NASA a révélé la présence de graphite en quantité abondante sur l’enveloppe superficielle de Mercure. Cette présence de graphite laisse entrevoir un passé riche en carbone, donnant en même temps à la planète une apparence sombre.
Longtemps, les observateurs ont pensé que la croûte de graphite sur Mercure s’était formée par la cristallisation d’un océan de magma. Cependant, la nouvelle étude, publiée dans la revue Nature par des chercheurs de Chine et de Belgique, suggère une réalité bien plus complexe. Yanhao Lin, co-auteur et chercheur au Centre de recherche avancée en sciences et technologies à haute pression de Pékin, a déclaré : « la teneur extrêmement élevée en carbone de Mercure m’a fait réaliser que quelque chose de spécial s’était probablement produit à l’intérieur de son noyau ».
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Des diamants à la base du manteau de Mercure
Pour confirmer l’hypothèse de la cristallisation d’un océan de magma à l’origine de la formation de la croûte graniteuse à la surface de Mercure, Lin et son équipe ont réalisé une expérience particulièrement ingénieuse. Ils ont simulé les conditions internes de la planète par le biais d’environnements haute pression et des modélisations thermodynamiques. Pour ce faire, ils ont concocté un mélange similaire à la combinaison d’un type spécifique de roche de météorite avec du fer, de la silice, du carbone et une quantité variable de sulfure de fer. Ensuite, l’équipe a soumis ces compositions chimiques à des pressions écrasantes de 7 GPa (qui représentent à peu près 70 000 fois la pression de l’atmosphère terrestre au niveau de la mer). Les mélanges ont ensuite été exposés à des températures allant jusqu’à 1 970 °C.
Au terme de leurs expériences, les chercheurs ont pu conclure que des minéraux tels que l’olivine se sont très probablement formés dans le manteau de Mercure. Ces résultats, d’après eux, concordent avec des recherches antérieures. En revanche, une question subsistait : comment le carbone aurait-il pu se cristalliser en diamant ? Les chercheurs ont rapporté que les conditions au niveau de la frontière noyau-manteau pourraient expliquer cela. En effet, le processus de cristallisation du noyau interne aurait provoqué le « rejet » du carbone, qui se serait ensuite retrouvé en forte concentration dans la partie externe du noyau. Exposé aux conditions environnantes, notamment une très haute pression et des températures extrêmes, le carbone se serait alors transformé en diamant. Les cristaux formés seraient ensuite remontés, un peu plus tard, jusqu’à la frontière noyau-manteau, constituant ensuite une épaisse couche d’environ 15 km.
Les scientifiques ont également supposé que la formation de diamants pourrait influencer la dynamique thermique ainsi que la convection dans le noyau liquide de Mercure. Cela pourrait avoir un potentiel impact sur la génération du champ magnétique. « Les diamants pourraient contribuer au transfert de chaleur entre le noyau et le manteau, ce qui créerait des différences de température et ferait tourbillonner le fer liquide, créant ainsi un champ magnétique », explique Lin.
Cette étude ouvre la voie à l’analyse de la formation et de l’évolution des exoplanètes de type Mercure, riches en carbone. « Les processus qui ont conduit à la formation d’une couche de diamant sur Mercure pourraient également s’être produits sur d’autres planètes, laissant potentiellement des signatures similaires », conclut Lin.