L`origine des éléments chimiques

Fiche 13
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
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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)
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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 :
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