Une étude, dont les résultats intitulés «Low hydrogen contents in the cores of terrestrial planets» sont publiés dans la revue Science Advances, a permis de découvrir, en recréant en laboratoire les conditions ayant régné lors de la formation du noyau terrestre à l'aide de la presse multi-enclume du Laboratoire magmas et volcans (*), que l'hydrogène se comporte comme un élément lithophile de sorte que seule une quantité infime d'hydrogène incorpore le noyau des planètes telluriques lors de la ségrégation noyau-manteau, un comportement qui favorise la formation précoce d'un manteau et d'une atmosphère riches en eau.

Rappelons tout d'abord que les planètes telluriques, comme la Terre et Mars, «possèdent en leur centre un noyau métallique composé essentiellement de Fer» qui «est entouré d'un manteau rocheux (silicaté)»: le noyau «s'est formé dans les premiers millions d'années de l'accrétion planétaire, lorsque ces planètes étaient encore très chaudes et couvertes par un océan magmatique de plusieurs centaines de kilomètres de profondeur».

Au cours du temps, les particules de métal plus denses descendent naturellement dans cet océan magmatique pour former le noyau. Cependant, au cours de cette descente, «le métal s'est équilibré avec les silicates liquides et a incorporé un certain nombre d'éléments légers, tels que l'oxygène, le silicium, le soufre, ainsi que potentiellement l'hydrogène».

Alors que jusqu'à présent, «l'abondance des différents éléments légers dans les noyaux planétaires» reste méconnue, l'étude ici présentée a analysé le comportement de l'hydrogène en recréant «expérimentalement les conditions de formation du noyau à haute pression et à haute température».

Plus précisément, «les concentrations en hydrogène dans le silicate et dans le métal ont été déterminées avec précision à l'aide d'une microsonde nucléaire en utilisant la technique ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis)» et «dans les silicates, ces analyses ont été confirmées par la spectroscopie infra-rouge (FTIR - Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy)».

Ces analyses font apparaître «que l'hydrogène est moins siderophile que d'autres éléments légers comme le silicium, l'oxygène, le carbone ou le soufre». Notons que «le partage de l'hydrogène entre les phases métal et silicate (DH = poids% dans le métal / poids% dans le silicate) est compris entre 10^-2 et 8×10^-1, en net contraste avec les résultats antérieurs montrant un DH d'environ 10»: cette différence est expliquée par le fait «que cette nouvelle étude a été réalisée avec des teneurs en H₂O bien plus représentatives de la formation des noyaux planétaires que les études antérieures, et pour des alliages de fer contenant les éléments légers importants dans les noyaux planétaires».

Au bout du compte, cette étude conclue, «en se basant sur les teneurs en hydrogène les plus élevées des matériaux météoritiques ayant participé à l'accrétion terrestre», que «la concentration en hydrogène dans le noyau doit être inférieure à 70 ppm». Il en résulte que «le manteau contient l'essentiel de l'hydrogène disponible après la ségrégation du noyau». Inclus dans le magma, cet hydrogène «peut éventuellement être relâché en surface pour la formation d'une atmosphère riche en H₂ ou H₂O».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Laboratoire magmas et volcans (LMV)