Un réacteur nucléaire naturel dans le manteau terrestre ?

L'idée d'un réacteur nucléaire d'origine non humaine fonctionnant à l'intérieur de la Terre peut sembler absurde. Pourtant, elle ne l'est pas... Il existe en effet une preuve indiscutable que le phénomène est possible. Dans la mine d'uraniumuranium d'Oklo, en République Gabonaise, ont été retrouvés les résidus d'une réaction de fission nucléairefission nucléaire auto-entretenue s'étant déroulée dans la roche il y a environ 1,7 milliard d'années.

La découverte date de juin 1972, lorsque l'on a constaté qu'une partie du minerai était anormalement pauvre en ²³⁵U. Il fallut rapidement se rendre à l'évidence, comme le montrèrent les analyses ultérieures : pendant plus de 400.000 ans une série de petits réacteurs nucléaires naturels avaient spontanément démarré puis fonctionné pendant de longues périodes. Originellement dispersé dans du grèsgrès, de l'uranium 235 s'était retrouvé rassemblé dans certaines zones jusqu'à atteindre la concentration nécessaire au démarrage de la fission. La présence de circulation d'eau avait servi de modérateur et permis aux réactions en chaîneréactions en chaîne de se produire lentement mais de façon stable.

D'Oklo à l'intérieur de la Terre en passant par Jupiter

En 1992, le chimiste nucléaire Marvin Herndon avait proposé l'existence d'un réacteur nucléaire naturel semblable à ceux d'Oklo à l'intérieur de JupiterJupiter et d'autres planètes géantesplanètes géantes. On sait en effet que ces planètes sont plus actives qu'on ne le pensait et qu'elles rayonnent plus d'énergieénergie qu'elles n'en reçoivent du SoleilSoleil. Il n'est pas sûr que la simple contraction gravitationnelle selon le mécanisme de KelvinKelvin-Helmoltz, jointe à des processus de changement de phase, comme la condensationcondensation de l'héliumhélium, soient à l'origine d'un dégagement suffisant d'énergie pour expliquer les observations.

Herndon avait ensuite étendu ses idées au cas de la Terre en imaginant que l'énergie animant les courants de convectionconvection dans le noyau n'était pas due uniquement à la cristallisation lente et continue de la graine. La plupart des géophysiciens et des géochimistes sont restés sceptiques, car il est difficile de croire que le noyau ait pu s'enrichir suffisamment en éléments radioactifs. En effet, selon la composition minéralogique et les conditions physiquesphysiques, certains éléments peuvent ou non se retrouver associés dans une roche.

Une variante de cette idée vient d'être relancée par le physicienphysicien Rob de Meijer de l'University of the Western Cape, Cape Town (Afrique du Sud) et par le géochimiste Wim van Westrenen de la Free University of Amsterdam. Ce ne serait pas dans le noyau mais dans certaines zones à la base du manteaumanteau, juste au-dessus de l'interface noyau-manteau, que de l'uranium pourrait s'être accumulé pour former des réacteurs nucléaires naturels.

Maud Boyet et Richard Carlson au travail. Crédit : Carnegie Institution

Les deux chercheurs s'appuient sur une découverte récente de Maud Boyet et Richard Carlson selon laquelle le manteau de la Terre s'est différencié plus rapidement que ce que l'on croyait. Basée sur la comparaison des abondances de ¹⁴²Nd, un isotopeisotope du néodymenéodyme, dans les roches terrestres et les chondriteschondrites, cette percée dans l'histoire de la Terre primitive implique justement qu'à la frontière noyau-manteau devrait se trouver un réservoir riche en uranium, thoriumthorium et potassiumpotassium, des éléments radioactifs à longue duréedurée de vie dégageant de la chaleurchaleur.

Selon De Meijer et van Westrenen, l'uranium pourraient facilement s'accumuler dans la perovskite riche en calciumcalcium que l'on trouve à la base du manteau. La concentration à atteindre pour obtenir une réaction en chaîne est encore 20 fois plus importante que ce qui semble possible dans ce silicate mais, selon eux, l'écart n'est pas suffisamment grand pour exclure que le phénomène puisse s'y produire. Les réacteurs nucléaires du manteau, s'ils existent, pourraient même fonctionner comme des surgénérateurs et produire du plutoniumplutonium. En outre, les produits des réactions contiendraient de l'hélium et du xénonxénon, ce qui pourrait expliquer des anomaliesanomalies constatées dans les laves remontant en surface au niveau des points chauds.

Comment savoir si cette théorie plutôt spéculative est exacte ? Peut-être grâce aux détecteurs géants de neutrinos. Ces derniers en cartographiant un jour les zones d'émissionsémissions d'antineutrinos à l'intérieur de la Terre pourraient en effet permettre de localiser des régions où les réactions de désintégrations radioactives produisant ces particules sont particulièrement importantes.