À plusieurs milliards de kilomètres de la Terre, deux planètes du système solaire abritent un phénomène qui ressemble à de la science-fiction : au plus profond de Neptune et Uranus, des cristaux de diamant se formeraient en continu et plongeraient vers le noyau planétaire. Pendant longtemps, l’idée était restée une hypothèse. En 2017, une expérience en laboratoire a confirmé qu’elle était scientifiquement plausible. Voici ce que l’on sait vraiment.
De quoi sont vraiment composées Neptune et Uranus ?
Neptune et Uranus sont les deux planètes les plus éloignées du Soleil. On les appelle les « géantes glacées », par opposition aux géantes gazeuses Jupiter et Saturne. Cette appellation est trompeuse : leurs intérieurs ne sont pas faits de glace au sens classique, mais d’un mélange complexe et brûlant.
Sous une atmosphère riche en hydrogène et en hélium, leurs couches profondes contiennent un océan supercritique d’eau, d’ammoniac et de méthane, soumis à des températures de plusieurs milliers de degrés et à des pressions colossales. C’est dans ce milieu, et non dans le ciel des planètes, que la pluie de diamants pourrait se produire.
D’où vient l’idée d’une pluie de diamants sur Neptune ?
L’hypothèse remonte aux années 1980. Plusieurs équipes de physiciens avaient noté que le méthane, abondant dans Neptune et Uranus, contient un atome de carbone par molécule. Or, sous très haute pression, le carbone est connu pour adopter sa forme la plus stable : le diamant.
L’idée était donc la suivante : en plongeant vers le centre de la planète, les molécules de méthane finiraient écrasées par la pression. Le carbone se libérerait de l’hydrogène, se cristalliserait en diamant, puis ces cristaux, plus denses que le milieu environnant, s’enfonceraient lentement vers le noyau. Une pluie minérale interne, invisible, infinie.
Sur le papier, le scénario tenait. Mais aucune expérience n’avait pu le reproduire.
L’expérience de 2017 qui a tout changé
En 2017, une équipe germano-américaine menée par Dominik Kraus, au laboratoire SLAC de Stanford en Californie, a publié dans la revue Nature Astronomy une expérience qui a fait date.
Les chercheurs ont utilisé un échantillon de polystyrène, un matériau composé de carbone et d’hydrogène, afin de reproduire certains aspects chimiques des composés riches en carbone présents dans les géantes glacées. Ils ont employé de puissants lasers pour comprimer brutalement l’échantillon, puis un laser à rayons X pour observer la formation des cristaux au moment même où elle se produisait.
Sous une pression de 150 gigapascals (soit 1,5 million de fois la pression atmosphérique terrestre) et une température de 5 000 kelvins, le carbone s’est séparé de l’hydrogène en quelques nanosecondes et s’est cristallisé en nanocristaux de diamant pur. L’expérience ne prouvait pas que l’on pouvait observer cette pluie directement sur Neptune, mais elle montrait que le mécanisme était physiquement possible dans des conditions proches de celles des géantes glacées.
Combien de diamants pleuvent sur Neptune ?
D’après les modèles théoriques, des millions de tonnes de diamants se formeraient en permanence à l’intérieur de Neptune et d’Uranus. Certaines simulations suggèrent même que les cristaux pourraient atteindre, dans certaines régions et sur de longues périodes, des tailles de l’ordre du centimètre.
Pourquoi ne les voit-on pas ? Parce qu’ils ne sortent jamais. Plus denses que l’hydrogène et l’hélium qui les entourent, ils plongent vers le centre de la planète, où ils s’accumuleraient autour du noyau rocheux. Personne ne pourra jamais les ramasser : la pression à ces profondeurs broierait instantanément n’importe quelle sonde envoyée par l’humanité.
Pourquoi raconter cette histoire aux enfants ?
Pour un enfant, la pluie de diamants de Neptune est une porte d’entrée vers ce que les sciences planétaires ont de plus fascinant : l’idée que la matière, sous des conditions extrêmes, peut se comporter d’une manière totalement étrangère à notre quotidien. L’eau peut devenir solide à très haute température. Le carbone peut tomber en cristaux. Le ciel d’une planète peut ne ressembler en rien au nôtre.
Apprendre que des phénomènes aussi spectaculaires existent à plusieurs milliards de kilomètres de chez nous, c’est apprendre à regarder l’univers comme un terrain de jeu pour la curiosité. Tout ce que nous cherchons à transmettre chez Les Minis.
Sources scientifiques
- Kraus, Vorberger, Pak et al., Nature Astronomy, 2017.
- Ross, Nature, 1981 (hypothèse originale).
- Hubbard et al., Science, 1991.