Les États-Unis sont sur le point d’ouvrir une nouvelle fenêtre sur les entrailles mystérieuses de la Terre

TEMPE, Arizona — Dans un laboratoire entouré d'épais rideaux noirs ornés de panneaux de danger, des scientifiques évoquent les conditions de chaleur torride et de haute pression à l'intérieur des planètes.

Pour commencer, ils pressent de minuscules morceaux de blocs de construction planétaires entre les pointes de deux diamants. Ensuite, ils tirent des lasers à travers les pierres précieuses pour réchauffer les choses. Des échantillons de la taille d’un grain peuvent atteindre des pressions plusieurs millions de fois supérieures à celles ressenties par les humains sur Terre, et ils peuvent devenir aussi chauds que la surface du soleil.

Bienvenue dans le monde délicat, spécialisé et parfois explosif de la recherche sous haute pression.

Le broyage et l'explosion d'échantillons en laboratoire aident les scientifiques à regarder à l'intérieur, recréant les conditions de parties autrement inaccessibles des profondeurs de la planète. Ce travail est essentiel pour enquêter sur certaines des questions les plus profondes concernant notre existence : qu’est-ce qui rend la Terre habitable ? Comment la vie est-elle née ? Et comment les processus géologiques que nous ne comprenons pas encore pleinement entretiennent-ils la vie aujourd’hui ?

Ces dernières années, l'attention du champ s'est également tournée vers l'extérieur, vers les milliers de planètes connues pour orbiter autour d'autres étoiles. Les astronomes nous ont montré que notre galaxie est parsemée d'une ménagerie de mondes aquatiques, de super-Terres, de Jupiters chauds et de sous-Neptunes, dont certains suggèrent de manière alléchante qu'ils pourraient être capables de soutenir la vie. Puisque nous ne pouvons pas visiter ces planètes, et encore moins sonder leurs entrailles profondes, la meilleure chose à faire est d’essayer de les concocter en laboratoire.

"Jusqu'à présent, dans la communauté des sciences de la Terre, notre objectif principal a été d'expliquer notre existence", a déclaré Dan Shim, minéralogiste à l'Arizona State University, dont le laboratoire travaille à créer les entrailles planétaires en miniature. "Mais maintenant, avec la découverte d'exoplanètes, de nouvelles questions se posent."

Pour aider à alimenter ces explorations, les États-Unis sont sur le point de se doter de leur première véritable « grande presse » : un concasseur à deux étages dont les scientifiques rêvent depuis une décennie, propulsé par un vérin hydraulique pouvant exercer une force de 6 000 tonnes. . L’instrument, surnommé Ichiban, permettra aux scientifiques de compresser des échantillons beaucoup plus gros, améliorant ainsi notre compréhension de ce qui arrive aux matériaux dans des conditions extrêmes.

Il fait partie d'une installation financée à l'échelle nationale de 13,7 millions de dollars, appelée FORCE, qui abritera une suite d'instruments dotés de nouvelles capacités d'écrasement, de compression et de torsion.

« Nous vivons une période passionnante. Notre ignorance est encore si profonde que nous nous posons des questions vraiment fondamentales », a déclaré Joseph O'Rourke, planétologue à l'ASU.

O'Rourke ne mène pas d'expériences à haute pression, mais il prend les résultats et les intègre dans des modèles pour mieux comprendre comment les planètes se sont formées et ont évolué. Parfois, ces modèles offrent des possibilités extraordinaires. Il a rappelé un récent séminaire au cours duquel un collègue avait présenté un modèle d'intérieur planétaire exotique composé de kilomètres et de kilomètres de diamants.

"Vous pouvez créer tous ces modèles, et ces choses sont techniquement concevables, selon la physique et la chimie", a déclaré O'Rourke. "Nous avons énormément de travail à faire pour collecter les données permettant de savoir si nos histoires relèvent de la science-fiction ou de la science."

La vie intérieure des planètes apparaît ordonnée et simple dans les illustrations des manuels scolaires. Les couches de la Terre – noyau interne solide, noyau externe en fusion, manteau, croûte – semblent concentriques, codées par couleur et symétriques, comme un bonbon gobstopper.

Mais en réalité, les choses deviennent bien plus compliquées.

En mesurant la façon dont les ondes sismiques des tremblements de terre se déplacent à travers la planète, les géologues ont cartographié la température, la pression et les propriétés de la roche ou du fluide à l'intérieur, leur permettant de déchiffrer les caractéristiques structurelles des entrailles de la planète, comme un médecin lisant une échographie. De plus en plus, ces cartes montrent que les couches imbriquées de la planète sont irrégulières, parfois montagneuses et très dynamiques.

"À la base du manteau, là où le manteau et le noyau se rejoignent, il y a un soupçon de quelque chose de vraiment intrigant qui se passe là-bas", a déclaré David Lambert, responsable de programme à la National Science Foundation.