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Des diamants d’un autre monde retrouvés sur Terre

La microscopie électronique a révélé des diamants hexagonaux (la zone sombre près du milieu de l'image) dans les météorites trouvées en Afrique. Crédits : Alan Salek/RMIT

De mystérieux diamants hexagonaux qui ne se trouvent pas naturellement sur Terre ont été identifiés dans quatre météorites du nord-ouest de l’Afrique. En enquêtant sur leur formation, des chercheurs australiens ont découvert que ces derniers avaient été forgés au cours d’un violent cataclysme sur une ancienne planète naine. Les détails de l’étude sont publiés dans la revue PNAS.

De la lonsdaléite dans des météorites

Les diamants ne sont pas spécialement connus pour leur flexibilité. La découverte de plusieurs de ces structures « pliées » à l’intérieur de quatre météorites africaines a donc rapidement intrigué les chercheurs de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO). Ces petites roches appartenaient à une classe connue sous le nom d’uréilites. Ces météorites pierreuses, riches en carbone, contiennent souvent de minuscules diamants, mais jamais sous cette forme.

Pour en apprendre davantage, les chercheurs ont cartographié la distribution du carbone dans plusieurs échantillons. Ce faisant, ils ont trouvé des preuves que ces diamants déformés étaient en réalité de la lonsdaléite. Il s’agit d’une sorte de diamant hexagonal qui, comme les diamants ordinaires, est fait de carbone. La différence est que ses atomes sont disposés dans une structure hexagonale plutôt que cubique.

Une analyse par microscopie électronique à transmission (TEM) à haute résolution a ensuite confirmé que ces météorites contenaient bien de la lonsdaléite. Ces diamants étaient également les plus gros cristaux de ce type de minéral jamais trouvés (jusqu’à un micromètre de long). Les précédents échantillons recueillis dans plusieurs météorites collectées il y a plusieurs décennies aux États-Unis et en Inde étaient en effet beaucoup plus petits, à l’échelle du nanomètre.

Mais cela n’expliquait toujours pas comment ces diamants hexagonaux avaient été pliés. D’autres indices sont apparus lorsque l’équipe a remarqué qu’une partie de la lonsdaléite avait été convertie en graphite et en diamant cubique. L’équipe a ensuite comparé la distribution de tous ces cristaux dans dix-huit échantillons différents d’uréilite dans le but de reconstituer leur origine probable.

diamants lonsdaleite
Une image de microanalyseur à sonde électronique d’un fragment de météorite. Les différents minéraux présents sont : Fer (rouge), magnésium (vert), silicium (bleu), lonsdaleite (jaune) et diamant (rose). Source : PNAS

Des reliques du système solaire

Lorsqu’ils se sont pliés pour la première fois, ces cristaux n’étaient pas encore réellement du diamant mais simplement du graphite. Cette matière se serait retrouvée dans le manteau d’une planète naine il y a environ 4,5 milliards d’années, lorsque le système solaire était encore en formation. Au fil du temps, les températures élevées et la pression des matériaux environnants auraient déformé ce graphite afin de lui faire prendre la forme pliée que l’on voit aujourd’hui.

Plus tard, les chercheurs pensent que cette planète naine est entrée en collision avec un autre objet massif. L’analyse suggère que les cristaux ont été créés par une réaction entre le graphite – qui est constitué d’atomes de carbone stratifiés en feuilles – et un fluide supercritique d’hydrogène, de méthane, d’oxygène et de produits chimiques soufrés formé lors de l’impact.

Pour rappel, on parle de fluide supercritique lorsqu’un fluide est chauffé au-delà de sa température critique et lorsqu’il est comprimé au-dessus de sa pression critique. « Lorsque la planète s’est effondrée, c’était comme enlever le couvercle d’une bouteille de Coca. Cela a relâché la pression et cette chute de pression combinée à des températures élevées a conduit à la libération de ce fluide supercritique« , résume Andy Tomkins, de l’Université Monash de Melbourne.

Le cataclysme aurait également détruit la majeure partie du planétoïde d’origine, dispersant ses matériaux dans l’espace. Certains auraient finalement terminé sur Terre.

Ce processus de formation naturelle est assez similaire à celui par lequel les diamants ordinaires sont fabriqués en laboratoire. Cela suggère que quelques ajustements pourraient finalement produire de la lonsdaléite à la place. En théorie, ces diamants hexagonaux devraient être environ 60 % plus durs que les diamants ordinaires en raison de leur structure. Cette dureté supplémentaire pourrait alors avoir d’importantes applications industrielles s’ils pouvaient être fabriqués synthétiquement.