June 22, 2021

Hélium et hydrogène comprimés comme sur Jupiter

La recette du pansement est-elle le secret de la formation de la planète la plus grande et la plus ancienne, Jupiter, trois cents fois plus massive que la Terre ? Aussi triviale soit-elle, cette analogie peut être déduite d’une expérience publiée dans Nature le 26 mai par une équipe franco-américaine du CEA, le laboratoire californien Lawrence Livermore et l’Université de Rochester (États-Unis). A condition de remplacer le pétrole par l’hydrogène et le vinaigre par l’hélium, les deux éléments les plus abondants dans l’Univers et dans Jupiter.

Ensuite, toute la question est de savoir si ce mélange est homogène, comme une vinaigrette légèrement piquante, ou inhomogène, avec deux phases distinctes, comme l’huile et le vinaigre à température ambiante. “Il faut toujours rester prudent et attendre que l’expérience se reproduise, mais le résultat est probant et confirme que, dans Jupiter, il existe une couche où les deux éléments sont séparés”, note l’astrophysicien Gilles Chabrier, directeur de recherche CNRS à l’ENS Lyon. Ce phénomène banal n’est pas si anodin. Par exemple, grâce à lui, une autre planète, Saturne, apparaît plus jeune que son âge, car elle est plus lumineuse : l’hélium qu’elle contient, séparé de l’hydrogène, tombe en gouttes et, en se frottant contre le milieu environnant, dégage plus d’énergie, donc radiation.

Enclumes et lasers

« Comme nous l’avons montré en 2019, l’existence d’une couche de mélange inhomogène à Jupiter est nécessaire pour expliquer les mesures récentes des sondes Galileo (1995-2003) et surtout Juno, toujours en orbite, qui est sensible à la gravité », précise Gilles Chabrier. Mais personne n’avait fait cette sauce jusqu’à la publication de Nature. Les chercheurs ont reproduit les conditions de température et de pression dantesques de Jupiter pour observer l’évolution d’un mélange d’environ 90 % d’hydrogène et 10 % d’hélium. Tout d’abord, ils ont réalisé des échantillons en France, à température ambiante, mais compressés à 40 000 fois la pression atmosphérique à l’aide de deux enclumes de diamant ou de saphir. Ensuite, l’ensemble a été expédié à Rochester pour l’exposer aux feux de l’un des lasers les plus puissants au monde, Omega, qui délivre son énergie en une nanoseconde. Sous le choc, la cible se comprime à deux millions d’atmosphères et sa température monte à plus de 10 000°C. Parallèlement, deux lasers beaucoup plus faibles viennent sonder ses propriétés. On mesure la vitesse de l’onde de choc pour connaître la pression et la température. La seconde observe la réflectivité du mélange.

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