Le grand chambardement Des atomes aux galaxies Terre! Tout à

CH 3 : CES ELEMENTS QUI NOUS ENTOURENT
Notion contenu
- Connaître l’histoire de l’Univers et des éléments chimiques.
Compétences
- Savoir lire des graphiques pour transcrire l'abondance de
ces éléments.
I)
L’Univers, une vieille histoire :
Nous connaissons à l’heure actuelle plus de 110 éléments chimiques différents .La plupart d’entre eux sont stables et existent à
l’état naturel ; Comment les atomes, les molécules… se sont-ils formés dans les premières secondes, les premières minutes,
les premiers millions d’année ?
Le grand chambardement
Tout aurait commencé par une gigantesque
explosion, environ quinze milliards d'années plus tôt. Un
grand boum, selon la théorie du " Big Bang ". La naissance
de l'univers, l'instant zéro, reste un mystère. Mais quelques
fractions de seconde après, 10-43 s, le nouveau-né est chétif,
moins gros que ça "•", mais a un sacré
appétit d'expansion ! Quelque peu
fiévreux aussi, des milliards de milliards
de milliards... de degrés. Enfin une
énergie considérable, déjà mise à profit
pour fabriquer des particules.
Déjà une seconde et plus que 10 milliards de
degrés; c'est le règne des photons avec quelques protons,
neutrons et électrons qui flottent de-ci, de là. Au bout d'une
minute et quarante secondes environ, la température est
passée à 1 milliard de degrés. Les premiers noyaux vont se
former à partir des neutrons
et des protons; d'abord
d'hydrogène 11H puis de
deutérium 21H et d'Hélium
4
2He.
Un millionième de seconde
après, sa croissance se porte bien : sa
taille atteint 2 à 3 années-lumière (la
grosseur notre système solaire) et la
fièvre baisse : 10 000 milliards de
degrés.
Après 300 000 ans,
environ 3000 degrés. Les
électrons s'associent aux
noyaux pour former les
premiers atomes : atomes
d'hydrogène,
atomes
d'hélium.
Des atomes aux galaxies
Un grand saut, vers un milliard d'années, de grandes masses se retrouvent rassemblées pour constituer les galaxies.
Comment ? On ne le sait pas encore.
On en dénombre plusieurs milliards. Chacune des galaxies est constituée d'étoiles, une galaxie moyenne comme la nôtre
compte plus de cent milliards d'étoiles. Ce sont dans les étoiles où règnent des températures très élevées (un million à un
milliard de degrés) que peuvent se produire des réactions de fusion nucléaire permettant de transformer les noyaux légers en
d'autres plus lourds, et par suite de fabriquer de nouveaux éléments. Ainsi, durant son évolution, une étoile consomme d'abord
l'hydrogène pour le transformer en hélium. A des températures plus élevées, la fusion de l'hélium donne de l'oxygène et du
carbone qui, à leur tour, seront utilisés pour donner de nouveaux éléments : sodium, néon, phosphore, silicium ...jusqu'au fer, le
noyau le plus stable et point final de ce processus de fusion.
Par conséquent, en vieillissant, une étoile s'appauvrit de plus en plus en hydrogène et s'enrichit en éléments lourds.
Terre!
Puis 10 milliards d'années après le Big Bang, notre soleil et son système planétaire se sont constitués; il y a donc 5
milliards d'années. Un nuage de gaz qui s'effondre sous l'effet de la gravitation, en son centre notre Soleil, tout autour des
grains de poussière qui s'agglutinent et vont donner naissance aux planètes dont la Terre.
La Terre a la forme d'un globe, entouré d'une couche gazeuse, l'atmosphère (1000 km d'épaisseur). On peut la découper
en plusieurs couches concentriques de différentes épaisseurs. On distingue, de la surface vers le centre :
- la croûte terrestre, d'épaisseur moyenne 7 km sous les océans, 35 km sous les continents, composée de silice et de
silicate double d'aluminium et de métal tel que le sodium, potassium, calcium, magnésium...
- le manteau (2900 km) composé de silicates ferro-magnésiens
- le noyau (3500 km) composé de nickel, fer et en quantité moindre, de soufre et d'oxygène. Le mouvement du fer
liquide dans le noyau serait à l'origine du champ magnétique terrestre, responsable de l'orientation des boussoles.
Tout à une fin ...
Plus que cinq milliards d'années et la Terre retournera probablement à l'étal de poussière et de gaz. Notre Soleil sera alors à la
fin de son existence. Sur Terre, la chaleur sera si intense que toute vie aura disparue: les océans se vaporiseront, la Terre
rentrera en fusion et finira par se volatiliser dans l'espace.
Bibliographie : Sciences et Avenir hors-série n°62 Sciences et Vie Junior n°71
II) L’Univers en quelques chiffres
1) A l’aide du tableau 1 fournissant la répartition des éléments dans
l’Univers, tracer sur EXCEL le graphique 1 en secteur circulaire
représentant l’abondance des éléments chimiques dans l’Univers.
Compléter la question 2.a) de fiche réponse.
2) On donne dans le tableau n°2, les abondances des éléments
chimiques du Soleil, il y a 4,6 milliards d’années et aujourd’hui.
Tracer l’histogramme 2 représentant l’abondance des éléments
chimiques dans le soleil il y a 4,6 milliards d’année et aujourd’hui.
Compléter la question 2.b) de la fiche réponse.
3) Le tableau 3 récapitule les
pourcentages en atomes des éléments
présents dans la Terre et son
environnement : atmosphère, océans et
croûte terrestre.
a) Tracer le graphique 3 en secteur
circulaire représentant les éléments
présents dans la Terre.
Répondre à la question 2.c) de la fiche
réponse.
b) Réaliser l’histogramme 4
correspondant aux éléments présents dans
l’environnement de la Terre.
c) Compléter sur la fiche réponse le
schéma de la Terre en mettant le nom des
différentes parties (à retrouver parmi les
propositions suivantes : manteau, noyau,
atmosphère, croûte terrestre et océans)
ainsi que le nom des principaux éléments
(ceux qui sont relativement abondants).
Nom de
l’élément
hydrogène
hélium
oxygène
l'élément
carbone
azote
silicium
magnésium
aluminium
sodium
fer
potassium
titane
soufre
argon
Terre
Croûte
0,2
0,2
66,2
2
48,8
0,02
47
33,1
21,4
0,02
76,1
13,8
16,5
1,6
28
2,2
8
2,5
4,5
1,4
0,5
14,3
Océans Atmosphère
0,03
0,3
0,01
3,7
d) Terminer la question 3 de la fiche réponse.
4) Tracer à partir du tableau 4, l’histogramme 5 de l’abondance des
éléments chimiques du corps humain.
Compléter la question 4 de la fiche réponse.
0,45
ABONDANCE RELATIVE DES ELEMENTS DE L’UNIVERS
1. Les premiers éléments chimiques et la création de l'Univers
 A la suite du ........................... il s'est crée les premières particules, .............................. ,
.............................. , .............................. et ..............................,
 A partir de ces particules, se sont ensuite formés les premiers .............................. :
.............................. , .............................. , .............................. ; puis les premiers ..............................
: .............................. , ..............................
 Par des réactions de .............................. .............................. , des noyaux de plus en plus
..................... se sont constitués, ce qui a donné d'autres éléments chimiques tels que :
...............................................................................................................
2. Les éléments dans l’Univers.
a)
Les deux éléments les plus abondants dans l’Univers sont……………….. et ……………
b)
Les deux éléments les plus abondants dans le Soleil sont…………………et ……………..
L’histogramme 2 montre qu’il s’est produit une transformation de l’………………………. en
………………………..au fil du temps. Cette transformation dégage de l’énergie nécessaire à la ………..
sur ……………………
Cette transformation au sein du Soleil durera encore ……………………………..d’années puis le Soleil
finira par ………..........................
c)
Les quatre éléments les plus abondants dans la Terre
sont :………………………………..............................................................................................
3. La Terre
Les diverses parties de la Terre et les éléments qui s’y trouvent :
Parties
Eléments principaux
.............................
..................................
.............................
..................................
.............................
..................................
……………………….....
…………………………………..
.............................
..................................
 Les deux éléments les plus abondants dans l'atmosphère sont :
.............................................................................
Ce qui s'explique par l’abondance du ....................................................et du …………………….
 Les deux éléments les plus abondants dans les océans sont : .................................................................
Ce qui s'explique par l'abondance de l’....................................... dans les océans.
 Le nom ancien SIAL donné à la croûte terrestre se justifie par la présence des élément : .....................
 Le nom ancien SIMA donné au manteau se justifie parla présence des éléments : ………………….
 Le nom ancien NIFE donné au noyau se justifie parla présence des éléments : ……………………..
4. Le corps humain
Les éléments chimiques majoritaires présents dans notre corps sont : …………………………….
Ils proviennent de notre…………………………… et de notre………………………………………