Le cosmos

Guerre dans le cosmos – texte annexe
Comment fonctionne la machine Soleil qui nous
fait vivre ?
De centre de l'Univers et de divinité, le Soleil est devenu, grâce aux avancées de la
connaissance astronomique, une simple, une banale étoile parmi les centaines de
milliards qu'abrite la Voie lactée. S'agit-il pour autant d'une déchéance ? Si la découverte
progressive par les chercheurs des mécanismes intimes de l'astre du jour lui a fait perdre
progressivement tout mystère aux yeux des hommes, ceux-ci n'ont pour autant pas
perdu de vue que sans Soleil la vie fragile s'éteindrait comme une chandelle que l'on
mouche.
Cependant, qui maîtrise ces mécanismes, qui sait répondre à la question que le physicien
Alain Bouquet pose en titre de son récent ouvrage, Pourquoi le Soleil brille-t-il ? (éditions
Le Pommier, collection "Les petites pommes du savoir", 60 p., 3,90 €).
Étoile d'un type commun, le Soleil constitue un astre énorme à l'échelle de la Terre : un
rayon de 696 000 kilomètres pour une masse de 2 milliards de milliards de milliards de
tonnes, soit 333 000 fois plus que notre petite planète. A lui tout seul, Phœbus
représente 99,8 % de la masse du système solaire... Et c'est précisément grâce à cela
que le Soleil a pu allumer en son sein le feu nucléaire. Sous l'effet de sa propre masse,
l'étoile se contracte et la température en son cœur monte. Si le Soleil avait été dix fois
moins gros, cette température n'aurait jamais pu atteindre les quelques millions de
degrés indispensables pour que démarre la réaction de fusion. Il serait demeuré une
naine brune, un avorton d'étoile destiné à ne jamais briller. Lorsque feu thermonucléaire
il y a, la contraction s'arrête : la pression interne des protons, animés d'une grande
vitesse, va contrebalancer l'effondrement gravitationnel de l'astre qui finira par trouver
un équilibre.
L'ÉQUATION E = MC2
Mais que se passe-t-il donc dans les entrailles du Soleil ? Quel est le combustible du
foyer ? Alain Bouquet résume très simplement le mécanisme en écrivant que "le Soleil
brille parce qu'il est chaud, il est chaud parce qu'il convertit une fraction de sa masse en
énergie, et il effectue cette conversion grâce à la fusion en hélium de l'hydrogène dont il
est constitué". La fameuse équation d'Albert Einstein E = mc2 prend toute sa lumière, qui
ne fait que traduire en termes mathématiques l'équivalence entre énergie et masse.
La fusion s'effectue en plusieurs étapes impliquant des protons, qui ne sont ni plus ni
moins que les noyaux des atomes d'hydrogène. Au cours de ces fusions successives, on
passe de l'hydrogène au deutérium, du deutérium au noyau d'hélium 3 (constitué de
deux protons et d'un neutron) et enfin de l'hélium 3 à l'hélium 4, dont le noyau compte
deux protons et deux neutrons.
Or, fait remarquer Alain Bouquet, "le noyau résultant est plus léger que la somme des
masses de ses constituants : il lui manque l'énergie libérée dans la fusion. C'est ainsi que
la fusion de l'hydrogène en hélium libère une énergie égale à 0,7 % de la masse initiale.
Cela semble peu, mais cela signifie quand même que chaque transformation de 1
kilogramme d'hydrogène en hélium libère l'équivalent en énergie de 7 grammes de
matière, soit 180 millions de kilowattheures, cinq jours de production d'une centrale
nucléaire. Le Soleil convertit en hélium 600 millions de tonnes d'hydrogène par seconde,
et 4 millions de ces tonnes disparaissent ainsi en lumière." Le chiffre paraît gigantesque.
On pourrait s'affoler et croire qu'à ce rythme fou, notre étoile va se consumer
rapidement. Pourtant, étant donné la masse prodigieuse du Soleil, un rapide calcul
A.R. TAMINES
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montre que, depuis sa formation il y a environ 4,6 milliards d'années, il n'a perdu que
quelques centièmes de pour cent de sa masse initiale...
Une fois émise, l'énergie ne sort pas instantanément du Soleil, contrairement à l'ampoule
qui s'allume dès que l'on presse l'interrupteur. Ainsi que l'explique Alain Bouquet, le
plasma de gaz ionisés présent dans le four solaire "est opaque au rayonnement : celui-ci
est absorbé en quelques fractions de millimètre. Les photons, les particules qui
composent le rayonnement, sont absorbés sitôt émis au cœur du Soleil, puis réémis,
réabsorbés, réémis des milliards de milliards de fois, et leur forte énergie initiale finit par
être peu à peu transférée à des millions de photons de plus basse énergie (...). Et ce
processus prend des centaines de milliers d'années !" Le photon produit au cœur du
Soleil a ainsi été comparé à un ivrogne qui, effectuant cent trajets d'un mètre, se
retrouverait au final, épuisé, à une dizaine de mètres seulement de son point de départ...
L'énergie dégagée lors de la fusion suit ce laborieux mode de transport, dit radiatif,
jusqu'à environ 500 000 kilomètres du centre de notre étoile. Là, des mouvements de
convection prennent le relais et montent le gaz chaud vers la surface, dont la
température n'est plus que de 5 500° C. La lumière qui sort alors de notre étoile est
essentiellement émise dans le spectre visible. Les jolis rayons que représentent tous les
enfants sur leurs dessins du Soleil mettent ensuite 8 minutes à nous arriver, mais il faut
garder présent à l'esprit que l'énergie qu'ils transportent a été fabriquée bien avant
l'apparition d'Homo sapiens sapiens sur la Terre...
Pierre Barthélémy – Le MONDE 2002-10-14
A.R. TAMINES
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