Les mystères du fer terrestre : du minerai au métal premier

L’origine du fer terrestre est un mystère qui résiste à toutes les recherches menées jusqu’à ce jour. Dernière en date, l’étude « Iron isotopic fractionation between silicate mantle and metallic core at high pressure » (PDF) publiée le 20 février 2017 dans la revue Nature Communications (1), invalide l’hypothèse dominante selon laquelle la redistribution des isotopes (2) du fer du manteau terrestre se serait opérée lors de la formation du noyau. Telle est la conclusion des travaux menés par une équipe internationale de chercheurs, impliquant Mathieu Roskosz de l’Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (UPMC / CNRS / IRD/ Muséum national d’histoire naturelle).

Une signature isotopique unique dans le système solaire

La manière dont la Terre s’est structurée – avec un noyau central, où domine le fer natif Fe0 (métallique), entouré d’un manteau composé essentiellement de roches riches en Fe2+ (ferreux), avec en surface principalement du Fe3+ (ferrique) – a toujours fait l’objet d’intenses débats. Certes Mercure, Vénus, Mars, la Lune et de nombreux astéroïdes de la ceinture principale possèdent également un noyau métallique. Mais comment expliquer que le manteau terrestre présente des proportions relatives d’isotopes du fer différentes des autres corps célestes ? Car l’écart est considérable : les basaltes de la dorsale médio-atlantique, qui constitue la majeure partie de la croûte océanique de la Terre, présentent un ratio isotopique 56Fe / 54Fe de + 0,1 ‰ par rapport aux chondrites (météorites pierreuses, contenant moins de 35 % de métal). Comment expliquer cet enrichissement en isotopes lourds de fer de + 0,1 ‰ par rapport aux météorites ?

Cette signature isotopique (3) de la Terre est une énigme qui, depuis près de vingt ans, fait l’objet de plusieurs interprétations. L’hypothèse dominante avance que la redistribution des isotopes du fer aurait eu lieu lors de la formation du noyau, dans des conditions de très hautes pressions dues à la grande taille de la Terre.

Une enclume de diamant avec des pressions de 100 GPa

Pour tester cette hypothèse dans les conditions de pression extrême régnant au centre de la Terre, une équipe de chercheurs américains et français (Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie – UMPC / MNHN / CNRS / IRD/) a effectué, pour la première fois, des mesures in situ, en cellule à enclume de diamant, sur des roches et des alliages métalliques à des pressions dépassant 100 GPa. Grâce à une technique synchrotron (INRXS) qui permet de sonder précisément la manière dont vibrent les atomes de fer dans l’échantillon, ils ont pu déduire comment les isotopes se répartissent entre métal et roche.

Le résultat est sans appel : aucune distribution préférentielle des isotopes n’est observée dans les conditions caractéristiques de la formation des noyaux planétaires, quelles que soient la pression et la nature de l’alliage de fer. La formation des noyaux métalliques n’est donc pas responsable de la signature unique de la Terre. Ainsi, l’étrangeté de notre planète au sein du système solaire reste-t-elle entière.

Révéler l’esprit du métal premier

Si les scientifiques ne parviennent pas à percer le mystère de l’anomalie isotopique de la Terre, il est d’autres chercheurs qui sondent la matière énigmatique du fer dans une approche écologique, prenant en compte la nature intime de métal premier. Une approche respectueuse et co-créative que nous vous invitons à découvrir dans l’article « Biodynamie du métal. Vers une écologie du fer ? » paru dans le n° 109 de Nexus (mars-avril 2017) ! Un couple de Férons inspirés, détenteurs de savoirs rares, témoignent de leur action et intention de mettre les qualités propres du fer au service d’une économie bienveillante au cœur des équilibres naturels. Une immersion dans la philosophie du « métal en conscience », quand l’esprit de l’homme rencontre et révèle l’esprit du métal.

Isabelle Capitant

(1) Liu, J. et al. Iron isotopic fractionation between silicate mantle and metallic core at high pressure. Nat. Commun. 8,14377 doi: 10.1038/ncomms14377 (2017).

(2) Les atomes de fer peuvent avoir 4 masses différentes en fonction du nombre de neutrons qu’ils contiennent, ce que les scientifiques appellent isotopes. Le fer possède 4 isotopes stables, le 54Fe 56Fe 57Fe et le 58Fe, dont les abondances relatives dans la nature sont respectivement de 5,8%, 91,72%, 2,1% et 0.28 %.

(3) La signature isotopique (ou ratio isotopique) est la proportion mesurée entre les différents isotopes d’un même atome à un endroit donné.