March 27, 2023

Des diamants dans nos poubelles !

Produire du diamant à partir d’une bouteille en plastique? Loin de la transmutation du plomb en or rêvée par les alchimistes, ce procédé est déjà réalisable en laboratoire.

L’idée selon laquelle nous pourrions produire du diamant à base de plastique se base sur une théorie scientifique concernant deux planètes de notre système solaire : Neptune et Uranus, surnommées “géantes de glace''. Cette théorie avance qu’au vu des conditions de température et de pression de ces planètes, il est fort probable que du diamant se forme en leurs seins, jusqu’à avoir un réel cœur de diamant. Cependant, Neptune et Uranus sont des planètes très éloignées de la Terre et leurs conditions atmosphériques les ont rendues très difficiles à analyser avec un satellite jusqu’à maintenant. La théorie ne peut donc pas totalement être vérifiée, mais elle semble validée par une majeure partie de la communauté scientifique.

 

Pour comprendre comment du diamant peut se former en si grande quantité sur des planètes, il faut s’intéresser à la composition atmosphérique de ces dernières. Les atmosphères des géantes de glace sont composées, entre autres, d’hydrogène, d’hélium mais aussi de méthane (CH4). C’est le carbone présent dans le méthane qui, sous l’effet des conditions de température et de pression extrême, se transforme en diamant sous forme liquide. En effet, la pression au cœur de Neptune peut atteindre 800 GPa soit 2 fois plus qu’au centre de la Terre et des milliers de fois plus qu’à la surface de cette dernière; la température peut, quant à elle, atteindre 7000°C. Malgré son surnom de géante de glace, dû à sa température de surface très faible, estimée à -200°C (par température de surface, on entend température pour une pression de 100 kPa), Neptune génère une très grande chaleur interne, supérieure à la chaleur qu’elle reçoit du Soleil. C’est cette chaleur créée au cœur de Neptune qui rend possible la formation de diamant pour les molécules de méthane relativement proches de sa source.  


Tout récemment, des physiciens ont voulu recréer ces conditions en laboratoire pour tenter de confirmer la théorie des pluies de diamants sur Neptune et Uranus. Les chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Allemagne) ont réussi à générer des nanodiamants à l’aide d’un faisceau laser intense, sur du plastique en polyéthylène téréphtalate (PET), polymère à partir duquel  les bouteilles en plastique sont fabriquées. Selon Dominik Kraus, un scientifique et auteur principal de l’étude, l'intérêt du PET est dans sa composition. En effet, le PET est composé de carbone, d’hydrogène et d’oxygène ce qui est particulièrement proche de la composition des atmosphères de Neptune et Uranus. Concernant le laser, il permet de recréer brièvement les conditions extrêmes de pression et de température sur ces deux planètes. Par conséquent dans le laboratoire, lorsque le laser optique de grande puissance a tiré sur le film de plastique PET, il l’a alors chauffé à plus de 6000 degrés Celsius, tout en lui imposant une forte pression. En quelques secondes les 

scientifiques ont alors observé une formation de structures semblables à celle des diamants.



Illustration de la production de nanodiamants par jeu de lasers sur une bouteille en plastique PET.



Pour être plus précis, le diamant est une pierre précieuse uniquement composée de carbone pur. Il se forme dans les profondeurs de la terre où la température dépasse les 1400 degrés Celsius, et où la pression atteint au moins les 6 GPa. Dans cette expérience, le carbone allié à l’hydrogène se dissocie pour former les nanodiamants obtenus. Cette transformation chimique est bien connue des scientifiques, mais cette fois-ci la présence d’oxygène dans le plastique PET semble avoir catalysé la séparation du carbone et de l’hydrogène, encourageant davantage la formation de diamants. Les résultats obtenus par les scientifiques ont ensuite été publiés dans la revue Science Advances.


De par leurs propriétés, la production de ces nanodiamants invite à de nombreuses avancées. Connu comme l’un des matériaux les plus durs sur Terre, le diamant peut servir à l’échelle quotidienne d’abrasif ou d’agent de polissage de haute qualité. De plus, dans un contexte plus pointu, les chercheurs envisagent son utilisation dans la fabrication de capteurs quantiques ultras sensibles, qui, révolutionnaires, sont une technologie clé dans la quête de l’ordinateur quantique. Ce dernier permettrait entre autres le développement de nouvelles molécules, la simulation exacte de réactions chimiques inconnues à ce jour ou la prédiction quasi parfaite de phénomènes météorologiques. Également, ces diamants peuvent trouver leur utilité en tant qu’agents de contrastes médicaux ou encore comme catalyseurs, afin d'accélérer des réactions chimiques. Cette production par “Flash” est donc une révolution et invite à une production d’un matériau rare et d’une grande utilitée. De plus, ce type de production est bien plus propre que celle par explosifs, utilisée jusqu'alors. Elle nous permettrait aussi d’avoir une bien meilleure précision sur la taille ou la composition des diamants. Il ne faut cependant pas crier au miracle. En effet, ce processus demande énormément de ressources humaines, matérielles et énergétiques. Ces dernières représentent la principale limite de notre production par “Flash”. Ainsi, il n’est donc actuellement pas possible d’en faire une production viable, à grande échelle. Malgré cela, cette avancée scientifique est loin d’être inutile. Elle aura permis une compréhension plus poussée de Neptune, confirmant et démontant plusieurs théories, tout en prouvant concrètement la formation de diamants sur cette planète. 


Blog écrit par Rose Peybernès , Alex Briendo , Maxime Arresseguet


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