La température exacte à laquelle le diamant fond sous des pressions extrêmes était jusqu'ici mal connue. Une équipe du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) vient de réduire cet écart en soumettant des échantillons de diamant à des impulsions laser qui ont provoqué leur fusion, puis en suivant le phénomène par diffraction des rayons X. Le résultat, publié dans une revue scientifique, montre que les estimations issues d'expériences antérieures étaient erronées de plusieurs centaines de degrés.
Le protocole est celui d'une expérience de choc. Le laser frappe la surface du diamant, l'ablate et envoie une onde de choc à travers le matériau, qui fond alors sous l'effet combiné de la pression et de la température. En observant la diffraction des rayons X pendant ce processus, les chercheurs ont pu déterminer la température de fusion réelle dans ces conditions extrêmes. Cette mesure corrige des valeurs théoriques et expérimentales qui s'écartaient sensiblement de la réalité physique.
L'intérêt de ces données dépasse le seul cadre de la physique des matériaux. Le diamant se forme naturellement dans les profondeurs de certaines planètes, et mieux connaître son comportement sous haute pression permet de prédire sa présence et sa stabilité dans des environnements que l'on ne peut pas observer directement. La science planétaire, qui modélise l'intérieur des planètes telles que la Terre ou Neptune, s'appuie sur ce type de mesures pour affiner ses simulations.
La seconde application, et la raison principale pour laquelle le LLNL mène ce programme, concerne la fusion par confinement inertiel (ICF) au National Ignition Facility. Cette installation reproduit en laboratoire les conditions de température et de pression qui règnent au cœur des armes nucléaires, afin d'étudier le comportement des isotopes de l'hydrogène dans ces environnements extrêmes. Le diamant intervient comme matériau de capsule ou comme composant soumis à ces chocs, et connaître précisément sa courbe de fusion améliore la fiabilité des modèles utilisés.
Les chercheurs précisent toutefois que ces travaux n'auront pas d'incidence directe sur la production d'électricité par fusion nucléaire. La voie jugée viable pour l'énergie de fusion repose sur le confinement magnétique (MCF), et non sur le confinement inertiel. L'apport de l'étude reste donc fondamental : il éclaire le comportement d'une forme de carbone dans des conditions que l'on ne rencontre nulle part ailleurs sur Terre, et il rappelle que même un matériau aussi familier que le diamant conserve des zones d'ombre pour les scientifiques.