Une étude, dont les résultats sont publiés dans la revue Earth and Planetary Science Letters, a permis de mettre en évidence, grâce une expérience prenant en compte la viscosité, que le scénario de la pluie de fer, qui décrit la migration de ce métal lors de la différenciation de la Terre, était, pour l'instant, trop simple pour être complètement réaliste.

Rappelons tout d'abord que le bombardement de météorites géantes, qui a eu lieu «dans les derniers millions d’années» de la formation de la Terre par accrétion, a fait fondre «ses couches superficielles sur plusieurs centaines de kilomètres d’épaisseur, donnant naissance à un océan de magma» de sorte que «le fer liquide contenu dans le cœur des plus grandes météorites a alors coulé vers le centre de la Terre, traversant cet océan magmatique pour rejoindre le noyau terrestre».

Pour représenter cette migration du métal, le scénario de la pluie de fer a été proposé en 2003: il stipule, en particulier, que «les noyaux de fer se sont fragmentés en des gouttes sphériques de même taille».

Or «la façon dont le processus s’est déroulé peut influer sur les méthodes de datation à partir de radioéléments, utilisées pour estimer l’époque de la différenciation de la Terre, c’est-à-dire la séparation de son cœur de fer et de son manteau rocheux».

Plus précisément, comme le fer a interagi dans l’océan magmatique avec les éléments du milieu, dont les marqueurs isotopiques (hafnium, tungstène et uranium) utilisés pour dater cette époque, l'intensité de ces interactions, qui «dépend de la façon dont le fer a coulé vers le centre de la Terre», a pu modifier leurs proportions.

Le réalisme de ces modèles a déjà été mis à mal par des simulations numériques qui «montraient que les gouttes pouvaient prendre des tailles variées» et le fait que le «rapport des viscosités entre le fer liquide et le magma» n'était pas pris en compte.

Afin d'introduire la viscosité des différents éléments, l'étude ici présentée a voulu tester le modèle de la pluie de fer en laboratoire en remplaçant le magma visqueux par un mélange d’eau et de glycérol, car les proportions des deux composants contenus dans un récipient cylindrique «permettent de moduler la viscosité sur trois ordres de grandeur».

Le fer, quant à lui, a été représenté par, du gallium, plus fluide, «initialement contenu dans un ballon» à la surface du liquide. Ainsi, lorsque le ballon a été percé, le gallium s'est déversé et fragmenté «comme dans le modèle de la 'pluie de fer'».

Il est alors apparu une grande diversité de dimensions des gouttes ainsi qu'une grande variété de formes, «en particulier, de grandes structures en forme de 'coque'». De plus, le système a présenté «une importante activité de fusion et de fragmentation des gouttes et des coques».

Enfin, des bulles de gallium ont été produites: elles sont intéressantes en raison de leur faible vitesse de descente tandis que l'aire de leur contact avec le liquide ambiant est importante.

Il résulte de ces observations que, si le scénario de la pluie de fer est confirmé dans les grandes lignes, «la dynamique du fer des météorites plongeant dans l’océan de magma pourrait être assez différente de celle prévue par le modèle simple».

En conséquence, «de nouvelles expériences pour affiner le modèle et se rapprocher des conditions de la Terre en prenant en compte par exemple le rôle de la température et de la pression» sont prévues.