Un nouveau composé d'hélium révèle les secrets du noyau terrestre

La revue Physical Review Letters de l'American Physical Society vient de publier les résultats de recherches sur un nouveau composé de fer et d'hélium.

À haute température et pression, les atomes d'hélium (cercles rouges) se déplacent dans les espaces entre les atomes de fer (cercles rouges avec des centres noirs) dans un morceau de métal de fer sur la carte de la fonction de localisation des électrons. (Source : National Central University)

Connu comme l'un des éléments les plus « récalcitrants » de l'univers, l'hélium est également le moins réactif du tableau périodique. Comme les autres gaz nobles, l'hélium ne gagne ou ne perd pas facilement d'électrons ; il ne forme donc généralement pas de composés chimiques. Cependant, sous des pressions extrêmement élevées, il peut interagir avec plusieurs autres éléments, notamment l'azote, le sodium et le fer.

Pour créer ce nouveau composé, le physicien Kei Hirose de l'Université de Tokyo et ses collègues ont comprimé du fer et de l'hélium dans une chambre à enclume de diamant – un dispositif à haute pression qui soumet les éléments à des pressions supérieures à 50 000 atm à des températures supérieures à 1 000 degrés Celsius. Ce processus de compression crée des cristaux contenant à la fois du fer et de l'hélium, dont le volume est supérieur à celui des cristaux de fer pur à pression égale.

Les scientifiques pensent que cette augmentation est due à l’accumulation d’ions d’hélium dans les espaces interstitiels, de minuscules espaces entre les atomes de fer dans le cristal.

Bien que les atomes d'hélium soient relativement peu réactifs, incapables de former des liaisons chimiques directes avec le fer, même dans des conditions extrêmes, le composé qui les « compresse » dans le fer cristallin offre un indice permettant d'expliquer les observations d'hélium dans le noyau terrestre. La plupart des atomes d'hélium terrestres possèdent deux neutrons et sont issus de la désintégration radioactive d'éléments comme l'uranium. Cependant, certaines éruptions volcaniques océaniques libèrent des atomes d'hélium contenant un seul neutron.

Ces atomes ont été créés peu après le Big Bang. La Terre a absorbé cet hélium « primordial » lors de sa formation. La libération d'atomes d'hélium par le magma suggère que la Terre possédait autrefois une réserve d'hélium primordial, et le nouveau composé suggère que le noyau terrestre, riche en fer, contient probablement cet élément.

Outre leur importance géophysique, ces découvertes pourraient avoir des applications plus vastes en chimie des gaz rares. Selon Maosheng Miao, scientifique à l'Université de Californie (États-Unis), la formation de composés contenant de l'hélium et d'autres métaux pourrait ouvrir des perspectives chimiques jusqu'alors inconnues.