PARTIE 4 | Histoire de la Terre et de l’Univers
Q La formation des éléments chimiques
Définition
La nucléosynthèse est la formation des noyaux des atomes. Elle se réalise tout d’abord quand
des protons peuvent émerger après le Big Bang pour former le noyau d’hydrogène, puis par
des réactions de fusion nucléaire lorsque des neutrons et des protons peuvent s’assembler pour
former des éléments plus complexes. Des noyaux atomiques sont aussi formés par la fission
nucléaire qui est la décomposition d’un noyau en d’autres noyaux. Ce genre de réaction est
typique de la radioactivité.
La formation des éléments chimiques, appelée nucléosynthèse est la première
étape vers la formation d’un système planétaire, puisqu’elle consiste à en former
la matière première. 94 éléments chimiques sont observés sur Terre, le plus lourd
et un des plus rare étant le plutonium. L’humanité a synthétisé 24 autres éléments
chimiques en provoquant des fusions nucléaires pour former des éléments chimiques
toujours plus lourd. À l’heure de l’écriture de cet ouvrage, l’élément le plus lourd
est l’oganesson.
Les éléments chimiques sont classés par leur nombre de protons, l’hydrogène
étant l’élément 1, le plutonium le 94, et l’oganesson le 118. Chaque élément
chimique est comme une famille, composée d’un ou plusieurs isotopes. Les
isotopes d’une même famille sont des atomes possédant le même nombre de
protons, mais un nombre différent de neutrons. Par exemple, le tritium est l’isotope de l'hydrogène possédant 3 neutrons. Les propriétés chimiques d’isotopes
d’une même famille sont identiques, par contre les propriétés nucléaires sont
différentes. Ainsi certains isotopes ont des noyaux instables qui vont se décomposer. On les appelle isotopes radioactifs par opposition aux isotopes stables. On
utilise donc le nombre de masse pour différentier les isotopes : l6O est l’isotope
de l’oxygène possédant 8 protons et 8 neutrons, 18O est l’isotope de l’oxygène
possédant 8 protons et 10 neutrons.
La majorité des éléments chimiques du système solaire se trouve dans le Soleil,
qui fait 1,989 1O30 kg, soit environ 300 000 fois la masse de la Terre et 1 000 fois
celle de Jupiter, qui est la plus grosse planète de notre système. La détermination
de la chimie du Soleil, qui se fait essentiellement en analysant la lumière qu’il
émet, montre une répartition irrégulière des éléments chimiques (figure 11.1). Plus
de 90 % de sa masse est composée d’hydrogène et d’hélium. En simplifiant, un
groupe d’élément depuis le carbone jusqu’au fer est plus abondant qu’un autre qui
va du cobalt au plutonium. Les éléments pairs sont un peu plus abondants que les
éléments impairs. La figure 11.1 montre que cette répartition est semblable dans
la croûte terrestre, à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium qui sont rares sur
notre planète.
Cette répartition des éléments chimiques provient de l’histoire de formation du
système solaire, et implique différentes phases de nucléosynthèse. Chaque étoile a
sa propre histoire, donc une chimie unique. Il existe trois processus pour produire
des éléments chimiques : la nucléosynthèse primordiale, la nucléosynthèse stellaire,
et la nucléosynthèse interstellaire.
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Q La formation des éléments chimiques
Définition
La nucléosynthèse est la formation des noyaux des atomes. Elle se réalise tout d’abord quand
des protons peuvent émerger après le Big Bang pour former le noyau d’hydrogène, puis par
des réactions de fusion nucléaire lorsque des neutrons et des protons peuvent s’assembler pour
former des éléments plus complexes. Des noyaux atomiques sont aussi formés par la fission
nucléaire qui est la décomposition d’un noyau en d’autres noyaux. Ce genre de réaction est
typique de la radioactivité.
La formation des éléments chimiques, appelée nucléosynthèse est la première
étape vers la formation d’un système planétaire, puisqu’elle consiste à en former
la matière première. 94 éléments chimiques sont observés sur Terre, le plus lourd
et un des plus rare étant le plutonium. L’humanité a synthétisé 24 autres éléments
chimiques en provoquant des fusions nucléaires pour former des éléments chimiques
toujours plus lourd. À l’heure de l’écriture de cet ouvrage, l’élément le plus lourd
est l’oganesson.
Les éléments chimiques sont classés par leur nombre de protons, l’hydrogène
étant l’élément 1, le plutonium le 94, et l’oganesson le 118. Chaque élément
chimique est comme une famille, composée d’un ou plusieurs isotopes. Les
isotopes d’une même famille sont des atomes possédant le même nombre de
protons, mais un nombre différent de neutrons. Par exemple, le tritium est l’isotope de l'hydrogène possédant 3 neutrons. Les propriétés chimiques d’isotopes
d’une même famille sont identiques, par contre les propriétés nucléaires sont
différentes. Ainsi certains isotopes ont des noyaux instables qui vont se décomposer. On les appelle isotopes radioactifs par opposition aux isotopes stables. On
utilise donc le nombre de masse pour différentier les isotopes : l6O est l’isotope
de l’oxygène possédant 8 protons et 8 neutrons, 18O est l’isotope de l’oxygène
possédant 8 protons et 10 neutrons.
La majorité des éléments chimiques du système solaire se trouve dans le Soleil,
qui fait 1,989 1O30 kg, soit environ 300 000 fois la masse de la Terre et 1 000 fois
celle de Jupiter, qui est la plus grosse planète de notre système. La détermination
de la chimie du Soleil, qui se fait essentiellement en analysant la lumière qu’il
émet, montre une répartition irrégulière des éléments chimiques (figure 11.1). Plus
de 90 % de sa masse est composée d’hydrogène et d’hélium. En simplifiant, un
groupe d’élément depuis le carbone jusqu’au fer est plus abondant qu’un autre qui
va du cobalt au plutonium. Les éléments pairs sont un peu plus abondants que les
éléments impairs. La figure 11.1 montre que cette répartition est semblable dans
la croûte terrestre, à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium qui sont rares sur
notre planète.
Cette répartition des éléments chimiques provient de l’histoire de formation du
système solaire, et implique différentes phases de nucléosynthèse. Chaque étoile a
sa propre histoire, donc une chimie unique. Il existe trois processus pour produire
des éléments chimiques : la nucléosynthèse primordiale, la nucléosynthèse stellaire,
et la nucléosynthèse interstellaire.
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