De nouvelles recherches indiquent que l’azote, l’un des éléments les plus courants de l’Univers et le gaz dominant de l’atmosphère terrestre, devient un fluide métallique lorsqu’il est soumis à des conditions de pression et de température extrêmes, comme c’est le cas dans les profondeurs de la Terre et des autres planètes.
L’azote est le plus souvent lié à lui-même dans l’azote diatomique.2 Une nouvelle étude confirme qu’il devient un fluide métallique lorsqu’il est soumis aux conditions extrêmes de pression et de température que l’on trouve dans les profondeurs de la Terre et des autres planètes. Crédit image : Alexander Goncharov.
“L’azote pourrait pénétrer dans le manteau terrestre lorsqu’une plaque tectonique glisse sous une autre – un processus appelé subduction – et pourrait même se frayer un chemin dans le noyau riche en fer en tant qu’impureté, ou il pourrait s’agir d’un vestige de la formation de la Terre qui ne s’est pas échappé par l’activité volcanique pour former la proto-atmosphère dans l’enfance de la Terre”, a déclaré le Dr Shuqing Jiang, chercheur à la Carnegie Institution of Washington et à l’Institut de physique des solides de l’Académie chinoise des sciences.
Dans l’atmosphère terrestre, l’azote est le plus souvent lié à lui-même dans ce que l’on appelle les composés diatomiques (N2).
Les calculs indiquent qu’à des pressions et des températures extrêmes, comme celles que l’on trouve dans les profondeurs de la planète pur, l’azote devrait se transformer d’une molécule diatomique isolante (non conductrice d’électricité) en un polymère fluide métallique (conducteur d’électricité), composé d’atomes liés par des liaisons moléculaires complexes.
Des expériences précédentes ont montré que les molécules d’azote diatomique se dissocient et changent d’état sous des pressions et des températures extrêmes, mais il fallait explorer un plus grand nombre de conditions.
Le Dr Jiang et ses collègues ont entrepris de sonder ces transitions dans des conditions extrêmes en utilisant une cellule à enclume de diamant et des faisceaux laser à haute énergie.
Ils ont pu observer le comportement d’échantillons d’azote à une pression atmosphérique plus d’un million de fois supérieure à la normale et à des températures supérieures à 5 400 degrés Fahrenheit (3 000 degrés Celsius).
Leurs observations ont confirmé que, dans de telles conditions, l’azote existe sous forme de métal liquide.
“Cela signifie que, théoriquement, l’azote devrait rester dans son état diatomique dans le manteau terrestre, mais qu’il se dissocierait en un métal liquide dans le noyau ou juste au-dessus, ce qui pourrait avoir des implications pour notre compréhension du cycle profond de l’azote de la planète”, a déclaré le Dr Sergey Lobanov, de la Carnegie Institution of Washington, du Centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences et de l’Université de Stony Brook.
“Nos résultats pourraient contribuer aux efforts visant à créer des formes de polymères d’azote énergétiques ainsi que des états métalliques supraconducteurs d’une molécule diatomique sœur, l’hydrogène, qui pourraient révolutionner le secteur de l’énergie s’ils étaient synthétisés de manière fiable”, a déclaré le Dr Nicholas Holtgrewe, de l’Université de Chicago.
“L’atmosphère de la Terre est la seule de toutes les planètes où l’azote est le principal ingrédient – plus important même que l’oxygène”, a déclaré le Dr Stewart McWilliams, de l’Université d’Edimbourg et de la Carnegie Institution of Washington.
“Notre étude montre que cet azote pourrait avoir émergé des profondeurs de la planète”.
Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.
