Pendant des décennies, les géoscientifiques se sont interrogés sur une divergence frappante : la Terre semble manquer d’éléments plus légers comme l’hydrogène, le carbone, l’azote, le soufre et les gaz rares, par rapport au Soleil et à certaines météorites. Dans certains cas, la pénurie est extrême – plus de 99 % de moins que prévu. Même si certaines pertes se sont produites lors de la formation planétaire, l’explication complète est restée insaisissable… jusqu’à présent.
Des recherches récentes suggèrent que ces éléments manquants pourraient être séquestrés profondément dans le noyau interne solide de la Terre. Sous une pression immense – 3,6 millions de fois la pression atmosphérique – le fer se comporte d’une manière inhabituelle, se transformant en « élecride ». Cet état métallique peu connu peut absorber des éléments plus légers en les piégeant dans des poches électroniques uniques.
Le mécanisme des électrides : une nouvelle forme de liaison métallique
Les électrodes diffèrent des métaux ordinaires par le comportement de leurs électrons. Au lieu de se déplacer librement entre les atomes, les électrons se localisent sur des sites « attracteurs non nucléaires » – des espaces entre les atomes où ils sont essentiellement piégés. Ce phénomène résulte de la compression extrême au sein du noyau terrestre, forçant les électrons à occuper ces positions stables. Les électrons piégés stabilisent ensuite les éléments plus légers, les cachant efficacement dans la structure du fer.
Cette découverte aide à expliquer pourquoi les ondes sismiques suggèrent que le noyau interne est 5 à 8 % moins dense que prévu s’il s’agissait uniquement de fer métallique. Les éléments lumineux absorbés diminuent la densité globale. Les chercheurs estiment que ce processus aurait pu se produire sur des milliards d’années et être encore en cours.
Au-delà des mystères planétaires : les électrides comme catalyseurs et économiseurs d’énergie
Les implications vont bien au-delà de la compréhension de la composition de la Terre. Les électrodes apparaissent comme un matériau prometteur dans diverses applications, notamment en tant que catalyseurs. Leur structure unique riche en électrons leur permet d’accélérer les réactions chimiques en donnant des électrons, ce qui les rend idéaux pour les processus qui nécessitent traditionnellement un apport énergétique élevé.
Un exemple notable est la production d’ammoniac. Le procédé conventionnel Haber-Bosch, responsable de 2 % de la consommation énergétique mondiale, est très gourmand en énergie. Les catalyseurs à base d’électricité, utilisant spécifiquement la mayénite (un oxyde d’aluminate de calcium) comme support pour les nanoparticules de ruthénium, réduisent la consommation d’énergie de 20 %. Tsubame BHB, une entreprise japonaise, a déjà commercialisé cette technologie en ouvrant des usines pilotes au Japon et au Brésil pour remplacer la production d’engrais à base de combustibles fossiles.
D’autres applications potentielles incluent une conversion plus efficace du CO2, une immobilisation plus sûre des déchets nucléaires et même des systèmes de propulsion de satellite à basse température. La structure en forme de cage de la mayénite peut piéger les ions radioactifs, tandis que ses électrons chauffés peuvent générer une poussée dans le vide.
La recherche de nouvelles électrodes : de la température ambiante à la prédiction de l’IA
Les chercheurs explorent activement de nouveaux électrides, notamment des complexes organiques découverts grâce à la « chimie mécanique » (broyage à haute énergie). Ces matériaux présentent des propriétés catalytiques similaires mais souffrent souvent d’une sensibilité à l’air et à l’eau. Les scientifiques s’efforcent de les stabiliser pour un usage industriel, notamment dans la synthèse pharmaceutique où les catalyseurs au palladium sont souvent coûteux et inefficaces.
Prédire la formation des électrides reste un défi. Les modèles actuels s’appuient sur des simulations de théorie quantique et, de plus en plus, sur l’intelligence artificielle. En entraînant des algorithmes sur des données existantes, les chercheurs espèrent identifier de nouveaux matériaux présentant les configurations électroniques appropriées pour le comportement des électrides. Ce domaine est encore naissant, mais le potentiel de découverte de matériaux aux propriétés uniques est énorme.
La découverte des électrides offre une nouvelle perspective permettant de comprendre non seulement la composition de notre planète, mais également l’avenir de la chimie et de la science des matériaux économes en énergie.
