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Un alliage métallique liquide au coeur des planètes géantes ?

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Des chercheurs de l'Université de Berkeley et de l'University College de Londres viennent de publier leurs travaux au sujet de l'état de la matière à l'intérieur des planètes géantes. Selon leurs simulations sur ordinateur, les couches profondes de Jupiter et de Saturne seraient occupées par un alliage de métal liquide composé d'hydrogène et d'hélium.

Un modèle de l'intérieur de Jupiter. Crédit : Observatoire de Marseille

Difficile de savoir ce qui se passe à l'intérieur des planètes géantes mais l'on peut tout de même en avoir quelques idées en se fondant sur les mesures réalisées en orbite par les sondes Voyager, Galileo et Cassini ainsi que par les expériences à hautes pressions qui sont réalisées en laboratoire sur Terre

Raymond Jeanloz est un des chercheurs qui s'occupent de ce genre de problème et l'on connaissait déjà ses travaux utilisant le laser pour reproduire les conditions à l'intérieur de Jupiter. Aujourd'hui, avec son collègue Lars Stixrude, il vient de publier dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences le résultat de simulations de dynamique moléculaire qu'ils ont effectuées à partir de ces données et des lois de la mécanique quantique.

Contrairement à ce que l'on imaginait jusqu'à présent, l'hélium liquide métallique et l'hydrogène liquide métallique pourraient bien se mélanger pour donner un alliage conducteur ayant l'aspect du mercure au niveau du coeur de Jupiter, et même de Saturne, dans les conditions de températures et de pressions qui y règnent.

Des conditions extrêmes

Pour s'en faire une idée, rappelons que sur Terre, la graine solide, composée d'un alliage de fer et de nickel, est probablement soumise en son centre à des températures de 6.000 K, celle de la surface du Soleil, et de pressions de l'ordre de 3,5 millions d'atmosphère. Dans le cas du cœur de Jupiter, les estimations donnent des chiffres de 70 millions d'atmosphère et des températures de 10.000 à 20.000 K.

Les chercheurs avaient déjà découvert expérimentalement que l'hydrogène devenait un métal conducteur à des pressions et des températures plus basses que celles qu'ils imaginaient mais ils ne sont visiblement pas au bout de leurs surprises si l'on en croit les simulations. Il est vrai que dans ces conditions extrêmes de pression et de température les couches électroniques externes des atomes se modifient et donc, certaines des propriétés physico-chimiques que l'on était en droit d'attendre peuvent ne pas exister. Si de futures expériences avec de l'hélium le confirment bien, alors la métallisation de celui-ci doit être plus facile, et non moins, lorsque l'on s'approche de ces conditions.

Une remise en cause des sources d'énergie internes de Jupiter ?

Tout ceci a de multiples conséquences, en particulier, en modifiant notre vision du matériau liquide conducteur qui doit se trouver à l'intérieur des géantes, cela modifie aussi la façon dont leurs champs magnétique doivent être générés. S'il s'agit bien très vraisemblablement d'un effet de dynamo auto-excitatrice comme sur Terre, il faudra néanmoins tenir compte de ces nouvelles contraintes pour modéliser le phénomène. Plus révolutionnaire est le fait qu'il est maintenant plus difficile d'expliquer le fait que Jupiter rayonne plus d'énergie qu'elle ne le devrait par contraction gravitationnelle selon un processus théorisé une premier fois par Kelvin et Helmholtz au XIXième siècle.

En effet, les chercheurs faisaient jusqu'à présent intervenir la condensation de l'hélium et sa chute sous forme de pluie à travers l'hydrogène. Si leur capacité à se mélanger est bien plus élevée que ce que l'on pensait, un tel processus ne peut donc pas être invoqué comme source d'énergie gravitationnelle relâchée par la chute des gouttes. Il faudra trouver une autre explication, peut-être celle d'un réacteur nucléaire naturel même si l'idée est peu crédible.