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Pleut-il vraiment des diamants sous les nuages d’Uranus et Neptune ?

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Crédits : Greg Stewart/Laboratoire national des accélérateurs SLAC

Les géantes de glace Uranus et Neptune font rarement les gros titres. En général, toute l’attention se porte sur les deux autres énormes boules de gaz de notre système, à savoir Jupiter et Saturne. Ces deux mondes ont pourtant beaucoup à nous offrir, comme de véritables pluies de diamants.

La dernière (et la seule) fois que nous avons obtenu des données rapprochées d’Uranus et Neptune, c’était il y a trois décennies, lors du passage de Voyager 2 en route vers les bords extérieurs du Système solaire. Depuis, nous devons nous contenter de quelques observations au télescope, tandis que d’autres planètes, lunes et astéroïdes font l’objet de véritables missions d’exploration. Ces deux mondes d’apparence fade et ennuyeuse cachent pourtant de vrais trésors.

Des pluies de diamants

Uranus et Neptune sont des « géantes de glace ». Pourtant, cette dénomination qui porte à confusion n’a rien à voir avec la glace au sens propre. La distinction vient de la composition de ces planètes. Jupiter et Saturne, les deux autres géantes gazeuses du Système solaire, sont quasiment entièrement composées de gaz (l’hydrogène et l’hélium), tandis qu’Uranus et Neptune sont principalement constitués d’eau, d’ammoniac et de méthane. Les astronomes appellent communément ces molécules « glaces », mais il n’y a pas vraiment de bonne raison à cela, mis à part que ces éléments étaient peut-être encore sous forme solide lorsque ces deux planètes se sont formées.

Uranus et Neptune proposent donc beaucoup d’eau, d’ammoniac et de méthane. Pour le reste, nous ne savons pas grand-chose. Pour essayer de le comprendre, les astronomes et les planétologues doivent donc s’appuyer sur les maigres données recueillies par Voyager 2, puis les combiner avec des modélisations mathématiques pour tenter de reproduire les conditions à l’intérieur de ces planètes en laboratoire, ce qui nous emmène à ces fameux « trésors ». C’est en effet grâce à ces travaux de laboratoire que nous avons réalisé qu’Uranus et Neptune pourraient essuyer des pluies de diamants.

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Uranus et Neptune. Crédits : NASA / JPL-Caltech

Comment est-ce possible ?

D’après ces modèles, les couches les plus externes du manteau de ces deux planètes proposent des températures avoisinant les 1 700°C et une pression environ 200 000 fois plus écrasante que celle de la Terre au niveau atmosphérique. Dans ces conditions, les molécules de méthane se brisent, libérant leur carbone. Ces atomes de carbone se rassemblent ensuite pour former de longues chaînes qui se resserrent à leur tour pour former des motifs cristallins comme des diamants.

Ces structures de diamant très denses tombent ensuite à travers les couches du manteau d’Uranus et Neptune jusqu’à ce qu’il fasse trop chaud (les couches les plus internes ont des températures supérieures à 6 000°C). Elles se vaporisent alors et remontent. Le cycle se répète ensuite, d’où le terme « pluie de diamants ».

Nous avons également pu observer ce phénomène sur Terre, en laboratoire. Il y a quelques années, des chercheurs avaient en effet tiré des lasers puissants sur des cibles pour reproduire très brièvement les températures et les pressions trouvées à l’intérieur de ces deux planètes. Une expérience avec du polystyrène avait alors permis de fabriquer des diamants de taille nanométrique.

Certes, Uranus et Neptune ne contiennent pas de grandes quantités de polystyrène, mais cette matière était beaucoup plus facile à manipuler que le méthane et, d’après les chercheurs, elle se comporte de manière très similaire. En outre, nous savons qu’Uranus et Neptune peuvent maintenir ces pressions beaucoup plus longtemps ainsi que le souligne l’astrophysicien Paul M. Sutter sur Space.com, de sorte que les diamants pourraient théoriquement devenir beaucoup plus gros.

La meilleure façon d’en avoir le cœur net serait d’envoyer un vaisseau directement sur place. Malheureusement, ce ne sera pas de sitôt.