Une cheminée diamantifère. © shutterstock zebra0209

Sciences

L'étonnante origine des plus beaux diamants

ActualitéClassé sous :physique , diamant , géobaromètre

On vient de découvrir l'origine des grands diamants atypiques à l'instar du Cullinan, le plus gros diamant brut jamais découvert, d'une masse de 621,2 grammes. Ces géants se formeraient à plus grande profondeur que les autres et, de plus, naîtraient dans un bain de métal liquide.

Le signal du champ de gravitation, celui du champ magnétique et les ondes sismiques ne sont pas les seules fenêtres d'observation de l'intérieur de la Terre. Certains mouvements au sein du magma, la partie partiellement fondue du manteau de notre planète, ramènent en surface des roches qui sont des témoins directs des conditions chimiques et physiques régnant à ces profondeurs.

C'est le cas des diamants, presque exclusivement associés à des éruptions volcaniques et donnant des roches célèbres, les kimberlites, du nom de la ville de Kimberley en Afrique du Sud où elles sont exploitées dans les cheminées diamantifères.

Des diamants bruts de quelques carats. Il s'agit de restes de la taille de diamants se formant à grande profondeur et qui ont été étudiés par les géochimistes et les minéralogistes. © Evan Smith

Or, ces diamants enferment des inclusions de matière dans lequelles, il y a quelque temps, des ions OH- ont été découverts, démontrant la présence de grandes quantités d'eau dans le manteau. Plus récemment, un groupe de chercheurs en géosciences a étudié de telles inclusions dans les restes de la taille de diamants du type de ceux qui sont célèbres pour leurs dimensions et leur beauté, comme le Cullinan et le Lesotho Promise.

Ces diamants se distinguent des autres et l'on pensait depuis un certain temps qu'ils avaient dû naître dans des conditions assez particulières et différentes des diamants plus communs. Mais nul ne savait à quoi pouvait bien correspondre ces conditions, même si des hypothèses avaient été avancées.

Un exemple des inclusions métalliques trouvées dans les diamants superprofonds. © Evan Smith

Des diamants « superprofonds » piégeant des gouttes de métal liquide

L'article publié dans Science par Evan Smith, du Gemological Institute of America, et ses collègues apportent aujourd'hui des éléments de réponses et ils sont surprenants. Ces diamants atypiques se seraient formés à grande profondeur dans un bain... de métaux liquides !

C'est ce que suggère la présence d'inclusions métalliques à base de fer et de nickel qui coexistent avec des traces de méthane liquide. Des « géobaromètres », des minéraux dont la composition dépend de la pression, y ont été trouvés. Ils indiquent que ces diamants se sont formés entre 750 et 360 kilomètres sous la surface de la Terre alors que beaucoup de diamants ne se forment qu'à des profondeurs de 200 à 150 kilomètres.

Ces données confirment en fait des théories déjà développées, basées sur des expériences en laboratoire à hautes pressions. Elles indiquaient que sous 250 kilomètres de profondeur, de petites quantités de fer sont présentes dans des roches du manteau qui, de plus, contiennent moins d'oxygène et constituent donc un milieu « réduit », selon le terme des chimistes.

L'étude de ces diamants parfois qualifiés de « superprofonds » devrait aider à préciser ce qui se passe au sein des courants de convection parcourant le manteau, ainsi qu'au niveau des cycles profonds du carbone et de l'hydrogène.

Un diamant contenant de multiples inclusions dont certaines sont métalliques. © Jae Liao
Pour en savoir plus

Les diamants : une origine plus complexe que prévu

Article de Laurent Sacco publié le 16/04/2007

On pensait assez bien comprendre les conditions géophysiques et géochimiques de la formation des diamants. Si l'on excepte les « carbonado », ils proviennent tous de zones profondes sous la croûte terrestre et sont amenés en surface par des éruptions volcaniques. De récentes analyses isotopiques viennent de perturber quelque peu les images simples sur ces conditions de formation.

Le doteur Emilie Thomassot est post-doc au Département des sciences de la terre et des planètes de l'Université Mc Gill. Elle vient d'étudier près de 60 diamants provenant d'un échantillon d'une roche volcanique appelée kimberlite, originaire du manteau terrestre, et que l'on récolte en Afrique du Sud à l'intérieur des cheminées diamantifères. Les résultats d'études au spectromètre de masse ont été étonnants. Ce qui fait que la découverte d'Emilie Thomassot lui a valu d'être sélectionnée pour publier un article à ce sujet dans le journal Science.

Les géobaromètres, les géothermomètres et les chronomètres géochimique indiquent que la kimberlite de cette cheminée provient d'une profondeur de 160 kilomètres, et qu'elle a franchi la surface au cours d'une éruption volcanique explosive qui s'est produite il y a plus d'un milliard d'années. Ce n'est pas tout, la chercheuse a aussi mesuré les quantités présentes dans les diamants de différents éléments, comme l'azote ainsi qu'un de ses isotopes et un autre du carbone. D'un diamant à l'autre les variations d'abondance mesurées de ces atomes étaient, contrairement à ce qu'on attendait, assez marquées !

Coupe d'une kimberlite. © Rudy Wahl

Comme l'indique le docteur Thomassot, « c'est la première fois que des recherches indiquent une diversité des compositions chimiques d'une telle ampleur dans le cas de diamants extraits d'un seul échantillon. L'observation était complètement inattendue et déboulonne entièrement les interprétations entourant la formation des diamants »

Ces résultats étranges pour un géochimiste laissent à penser que les diamants se forment à partir de fluides contenant du méthane, circulant localement dans les profondeurs de la Terre du fait par exemple de la subduction de sédiments, plutôt que par l'intermédiaire d'un mélange géodynamique issu de divers réservoirs de carbone dans le manteau à l'échelle mondiale. Bien que la présence de fluides riches en méthane, pouvant intervenir dans la formation des diamants, avait été avancée théoriquement auparavant, des preuves permettant de soutenir cette hypothèse faisaient jusqu'ici défaut.

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