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

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 ferreux sur la carte de la fonction de localisation des électrons. (Source : Université nationale centrale)

Connu comme l’un des éléments les plus « récalcitrants » de l’univers, l’hélium est également le moins réactif du tableau périodique. Comme d’autres gaz nobles, l’hélium ne gagne ni ne perd facilement d’électrons et ne forme donc généralement pas de composés chimiques. Cependant, sous une pression extrêmement élevée, l’hélium peut interagir avec plusieurs autres éléments tels que l’azote, le sodium et le fer.

Pour créer le nouveau composé, le physicien Kei Hirose de l'Université de Tokyo et ses collègues ont comprimé du fer et de l'hélium ensemble 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, qui ont un volume plus important que les cristaux de fer pur à la même pression.

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 moins réactifs et ne forment pas de liaisons chimiques directes avec le fer, même dans des conditions extrêmes, le composé qui « emballe » les atomes d'hélium dans le fer cristallin fournit un « indice » pour aider à expliquer les observations de l'hélium dans le noyau terrestre. En conséquence, la plupart des atomes d’hélium de la Terre possèdent deux neutrons et se forment à partir de la désintégration radioactive d’éléments tels que l’uranium. Cependant, certaines éruptions volcaniques dans l’océan libèrent des atomes d’hélium contenant un seul neutron.

Ces atomes ont été créés peu de temps après le Big Bang. La Terre a absorbé cet hélium « primordial » lors de la formation de la planète. La libération d'atomes d'hélium du magma suggère que la Terre avait autrefois un réservoir primordial d'hélium, et le nouveau composé suggère que le noyau riche en fer de la Terre pourrait très bien contenir cet élément.

Outre leurs importantes implications géophysiques, ces découvertes pourraient avoir des applications plus larges dans la chimie des gaz nobles. Selon le scientifique de l'Université de Californie (États-Unis) Maosheng Miao, la formation de composés contenant de l'hélium et d'autres métaux peut ouvrir des perspectives chimiques auxquelles les humains n'ont jamais pensé.