Le Big-Bang, l hydrogène et l hélium

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1 L ORIGINE DES ELEMENTS CHIMIQUES Tout ce qui nous entoure est constitué d atomes. Dans la nature, il existe 90 sortes d atomes chimiquement différents. On les appelle les éléments. Le Big-Bang, l hydrogène et l hélium L Univers actuel est composé de 90 % d hydrogène, d environ 9 % d hélium et de 1 % seulement des 88 autres éléments naturels. Comment les éléments chimiques sont-ils créés? Selon l une des théories les plus universellement admises, l origine de notre univers se situe il y a 13,7 milliards d années selon les théories les plus récentes. L Univers tout entier était alors condensé en un seul point. Une gigantesque explosion se produisit, le Big Bang et l Univers commença alors une expansion qui n a pas cessé depuis. Dans les premiers instants de cette explosion naissent les particules élémentaires : Soupe de quarks en fausses couleurs. Neutrons et protons : les briques élémentaires des noyaux atomiques. «Quelques minutes après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d'années, il fait effroyablement chaud, si chaud que les briques élémentaires des noyaux atomiques, protons et neutrons, ne peuvent s'assembler. Cependant, l'expansion de l'univers refroidit la soupe cosmique. Pendant environ trois minutes, de petites constructions de deux protons et deux neutrons apparaissent. Ce sont des noyaux d'hélium. A mesure du refroidissement, les réactions nucléaires entre protons et neutrons deviennent impossibles. Aucun noyau plus lourd ne peut se former. L'Univers n'est alors composé que d'hydrogène (un proton) et d'hélium. Il est vide de nickel, mais aussi de tous les autres éléments.» (Roland Lehoucq et Robert Mochkovitch, L'épopée du nickel, Pour la science) La vie des étoiles Le nuage d'hydrogène et d'hélium donne naissance à une première génération d'étoiles et de galaxies (= gigantesque ensemble d'étoiles formant généralement une spirale énorme et aplatie et tournant comme une grande roue). La gravitation «condense» les particules. Les collisions entre ces particules provoquent un échauffement tel que l'hydrogène commence à se convertir en hélium. Cette réaction

2 thermonucléaire libère de l'énergie. La formation de chaque noyau d'hélium engendre un «grain» de lumière : l'étoile s'allume. Dans l'étoile la plus proche de nous, le Soleil, 582 millions de tonnes d'hydrogène se transforment chaque seconde en hélium. Ainsi, la synthèse des éléments chimiques qui s'était arrêtée trois minutes après le Big Bang, reprend dans le cœur des étoiles. Lorsqu une étoile a épuisé tout son hydrogène, c est l hélium qui sert de combustible. L'étoile se contracte puis se dilate sous forme de géante rouge sous l'effet de la gravité, la température et la pression à l'intérieur de l'étoile montent suffisamment pour que de nouvelles réactions thermonucléaires se déclenchent et produisent les éléments chimiques plus lourds : Be, B, C, N et O. Ensuite, ces éléments seront à leur tour utilisé comme combustible dans une nouvelle classe d étoiles : les géantes bleues dont le noyau est encore plus chaud et plus comprimé. Ces étoiles produisent alors les éléments encore plus lourds que l oxygène : F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl,... jusqu au fer. Le fer possède un noyau très stable. Sa fusion ou sa fission requièrent énormément d énergie. Celle-ci n'est à disposition que lors de l explosion de certaines étoiles très massives : les supernovae. Les éléments plus lourds que le fer sont créés lors de l'explosion des supernovae. De plus, lors d'une telle explosion, les éléments synthétisés par l'étoile au cours de sa vie sont dispersés dans l'espace et mélangés aux gaz interstellaires hydrogène et hélium. Ces mélanges donneront naissance à de nouvelles étoiles. L'étoile la plus proche de nous, le Soleil, est probablement une étoile de la troisième génération. «Tous les éléments de la Terre, excepté l'hydrogène et dans une certaine mesure l'hélium, sont le résultat d'une alchimie sidérale à laquelle se sont adonnées, il y a des milliards d'années, des étoiles dont certaines ne sont plus aujourd'hui que d'insignifiantes naines blanches, de l'autre côté de la Voie Lactée. L'azote dans notre ADN, le calcium de nos dents, le fer de notre sang, le carbone de nos tartes aux pommes ont été fabriqués au cœur d'effondrements stellaires. Nous sommes faits de la même étoffe que les étoiles». (Carl Sagan) -2-

3 En résumé La séquence de l apparition des éléments au cours de la vie de l Univers est résumée chronologiquement en remplissant successivement le tableau périodique des éléments : -3-

4 -4-

5 -5-

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