Nouveau minéral : la Davemaoite découverte dans un diamant qui s’est formé

Piégés à l’intérieur d’un petit diamant, il y a de plus petits cristaux d’un minéral inédit qui représente 5% du manteau inférieur

Par Alice Klein

Un ancien diamant trouvé au Botswana contient un minéral inédit provenant des profondeurs de la Terre. Le minéral – nommé davemaoite – offre une fenêtre unique sur la chimie de la Terre profonde.

Déterré à l’origine dans une mine à Orapa, au Botswana, le diamant mesure environ 4 millimètres de large et pèse 81 milligrammes. Un marchand l’a vendu en 1987 à un scientifique du California Institute of Technology qui étudiait les diamants, mais ni le marchand ni le scientifique n’avaient la moindre idée de sa particularité.

Le diamant, qui se trouve maintenant au Natural History Museum of Los Angeles County en Californie, a été plus récemment analysé par Olivier Tschauner à l’Université du Nevada, Las Vegas. Il recherche dans le monde ce que l’on appelle les « diamants ultra-profonds » pour voir ce qu’ils peuvent nous dire sur l’intérieur profond de la Terre.

La plupart des diamants se forment à 120 à 250 kilomètres sous terre, mais ceux de la variété très profonde naissent dans le manteau inférieur de la Terre, qui commence à 660 kilomètres sous la surface.

Lorsque Tschauner et ses collègues ont scruté le diamant botswanais à l’aide de rayons X, ils ont découvert de minuscules cristaux d’un autre minéral piégé à l’intérieur. Ils ont utilisé un laser pour couper le diamant et extraire ces cristaux, puis ont utilisé une technique appelée spectrométrie de masse pour voir de quoi ils étaient faits.

Les minuscules cristaux se sont avérés être une forme de silicate de calcium dont l’existence théorique était dans le manteau inférieur, mais qui n’avait jamais été observée auparavant. Les molécules qu’il contient adoptent un arrangement cubique particulier connu sous le nom de structure pérovskite.

La composition atomique de cette pérovskite particulière – qui contient principalement du calcium, du silicium et de l’oxygène – montre qu’elle n’a pu se former que dans les conditions extrêmes rencontrées dans le manteau inférieur, où la pression est plus de 200 000 fois celle trouvée à la surface de la Terre. Dans des conditions de surface, le silicate de calcium se trouve généralement sous la forme d’un minéral blanc appelé wollastonite qui a des cristaux en forme d’aiguille.

Tschauner et ses collègues ont nommé le nouveau minéral de silicate de calcium davemaoite en l’honneur d’un scientifique de la Terre profonde Ho-Kwang « Dave » Mao à la Carnegie Institution for Science à Washington DC.

Normalement, la structure cristalline de la davemaoïte se briserait si elle était remontée à la surface de la Terre en raison de la chute massive de pression. Mais parce qu’il était piégé à l’intérieur d’un diamant rigide, il a été préservé au cours de son long voyage jusqu’à la mine d’Orapa, qui a probablement duré entre 100 millions et 1,5 milliard d’années.

« Lorsque nous avons cassé le diamant, la davemaoite est restée intacte pendant environ une seconde, puis nous l’avons vue se dilater et se gonfler au microscope et se transformer essentiellement en verre », explique Tschauner.

On pense que la davemaoïte représente environ 5% du manteau inférieur de la Terre et est importante car il est théorisé que le minéral peut également contenir des éléments radioactifs comme l’uranium, le thorium et le potassium-40 qui chauffent la Terre lors de leur désintégration. « Sans ces éléments radioactifs, la Terre se serait refroidie maintenant », dit David Phillips à l’Université de Melbourne en Australie.

La davemaoite trouvée dans le diamant botswanais contenait également du sodium et du potassium, ce qui est surprenant car on pense que ces éléments résident principalement dans la croûte terrestre et non pas profondément dans le manteau, explique Phillips. « Cela montre que le matériau de surface est recyclé dans le manteau. »

Tschauner et d’autres chercheurs poursuivent leur chasse aux diamants ultra-profonds dans l’espoir de trouver plus de minéraux cachés. C’est un processus ardu, car il n’y a pas de moyen simple de distinguer les diamants d’origine peu profonde ou profonde, et aucun moyen de savoir où se trouvera la variété profonde. « Le problème, c’est que nous ne savons pas trop où chercher », explique Tschauner.

Référence de la revue : Science, DOI : 10.1126/science.abm4742