Fig1.
Toutes les cultures ont leurs manières d’expliquer l’origine du monde, de l’Univers et de la vie.
63% des Américains croient que les écritures de la Bible sont la vérité absolue1.
Depuis fort longtemps, si ce n’est depuis l’apparition de la Raison, l’Homme n’a cessé de chercher des explications à son origine, et à l’origine du Tout.
Cet article est le début, l'introduction d'une longue série d'article ayant pour but de vulgariser la naissance et l'évolution de la vie telle que nous la connaissons. Ici, je vulgarise rapidement la création de la matière classique sans rentrer dans la physique des particules.
Cet article pose les bases pour la suite des prochaines semaines.
Du Noun au Big Bang
Il y a fort longtemps, le peuple égyptien croyait en un concept : l’Océan Primordial (ou Noun)2.
L’Univers n’en était qu’à son postulat de départ : une terre où régnait un océan mystique, origine de toute vie, père des Dieux.
Un jour, un être mystique y naquit de manière autogène, issu du Chaos divin, prenant conscience de lui-même : Atoum, le Dieu-créateur, personnification du Noun, celui qui advient de lui-même3.
Dans la quasi-totalité des mythes et légendes, le Tout part du Rien. Quelque part, la Science rejoint cet axiome : 13.7 milliards d’années nous séparent de l’instant zéro. "Un instant", l’expression est mal choisie. Toute l’énergie de l’Univers est condensée en un point si petit que les dimensions d’espace et de temps sont repliées dans une dimension nulle : une singularité4.
Les quatre interactions fondamentales (interaction forte, faible, électromagnétisme et gravité) y étaient alors confondues dans ce que l’on appelle l’ère de grande unification** (ou ère de Plank)7.
10-43s. Les interactions se séparent. À ce moment précis, l’univers fait la taille de la longueur de Plank : 10-35m. Un centième de millionième de milliardième de milliardième de milliardième de mètre.
10-35s. L’inflation commence. L’Univers passe d’une taille infime à un Univers beaucoup (vraiment beaucoup, beaucoup, beaucoup) plus grand : un Univers 1000 fois plus petit que l’Univers actuel.
Les particules élémentaires acquièrent une masse par ce que l’on appelle le mécanisme de Higgs. (Bon, clairement je n’en parlerai pas ici, vous imaginerez bien pourquoi !)
Subissant l’expansion, l’univers se refroidi petit à petit pour permettre l’association des quarks et gluons pour former hadrons.
Ici, je parlerai uniquement des protons et des neutrons.
Nucléosynthèse primordiale
Cette phase a lieu pendant 3 minutes après la grande inflation.
Les protons et neutrons forment les premières particules du tableau de Mendeleïev en commençant par l’Helium 4 (4He) (2 protons et 2 neutrons)5.
Fig2.
Dans de relativement rares cas, la fusion nucléaire permet la création de Lithium 7 (7Li) et de Béryllium 7 (7Be).
Il n’existe pas d’élément stable de masse 8, limitant la production d’éléments plus lourds : c’est un goulot d’étranglement de la nucléosynthèse primordiale.
La température étant encore beaucoup trop importante, les protons ne peuvent que repousser les électrons. Les particules sont donc globalement chargées.
Après ses 3 minutes, la température s’abaisse et perd d’1.1 milliards de degrés. Les particules deviennent majoritairement neutres par captation d’électrons, les neutrons seuls et instables deviennent protons, et la matière restante devient hydrogène. L’Univers a 380 000 ans4.
Tout est en mouvement, les particules se rencontrent et s’agglomèrent. Subissant la gravité, les particules deviennent amas : la première génération d’étoile est née.
Nucléosynthèse stellaire
Fig3.
En 1939, Hans Bethe publie un article nommé Energy Production in Stars6.
Quand un objet massif – à cette époque ne pouvant être constitué principalement que d’hydrogène – devient si dense en son centre par l’effet de la gravité et que la température dépasse les 10 millions de degrés, les atomes d’hydrogène acquièrent assez d’énergie pour dépasser la barrière coulombienne : deux particules de même charge se collent, on assiste à une fusion nucléaire.
Comme l’explique Hans Bethe via l’équation H + H = D + e+, la fusion d’hydrogène provoque l’apparition d’un deuton (hydron du deutérium8) avec l’émission d’un positon. Par combinaison de deux deutons, un atome d’Hélium est produit.
Les réactions provoquent un dégagement d’énergie important, permettant à l’étoile de ne pas s’effondrer. C’est un état d’équilibre.
Quand l’hydrogène manque et que sa fusion ne suffit plus à contrer la gravité, l’étoile « s’effondre », augmentant la pression exercée sur l’hélium provoquant la synthèse de carbone et d’oxygène**. C’est le deuxième état d’équilibre.
Si l’étoile est assez massive, elle pourra fusionner ainsi tous les éléments jusqu’au fer en se servant du carbone et de l'azote comme catalyseurs (je vous laisse lire l'article de Hans Bethe).
Notre Soleil, lui, ne s’arrêtera qu’au carbone et à l’oxygène.
Quand l’étoile ne peut plus produire d’énergie, la gravité prend toute son ampleur en la faisant s’effondrer sur elle-même et provoque alors une supernova.
L’éjection dans l’espace de tous les matériaux produits, des protons et des neutrons, provoque la nucléosynthèse des éléments plus lourds que le fer.
Nous voilà avec une belle bouillie, une jolie soupe où les atomes pourront encore former de nouvelles étoiles (ici de seconde génération) et d’autres objets dont certains seront relativement petits et deviendront froids.
Les mouvements aléatoires des particules, l’entropie, la théorie du Chaos et toutes les autres circonstances provoqueront la naissance d’objets célestes que nous pourrons nommer planétésimaux puis planètes, dont tous les composants ne seront que poussière de défuntes étoiles.
Vous remarquerez que les composants de l’eau (hydrogène et oxygène) sont très faciles à produire. Ajoutez-les sur une planète avec un peu de hasard et vous aurez potentiellement des exoplanètes.
Voilà, les bases sont posées pour Lundi prochain, je pourrai enfin parler de Luca :D (gardez la surprise, n'allez pas chercher sur Internet avant !)
Références
| Numéro | Type | Référence |
|---|---|---|
| 1 | Internet | WND - Sondage sur la religion |
| 2 | Internet | Wiki - Noun |
| 3 | Internet | Wiki - Atoum |
| 4 | Livre | Bruce Benamran, Prenez le temps d’e-penser. |
| 5 | Article | Sylvain Fouquet, François Hammer. La nucléosynthèse primordiale, obspm. https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_nucleo-prim/impression.html |
| 6 | Article | H. A. Bethe, Energy Production in Stars. Physical Review. 1939. DOI: 10.1103/PhysRev.55.434. |
| 7 | Internet | Ere de Plank |
| 8 | Internet | Hydron d'Hydrogène |
Table des illustrations
| Figure | Copyright |
|---|---|
| Fig1. | Illustration personnelle. CC BY-SA Clément POIRET. |
| Fig2. | CC BY E. Vangioni-Flam, IAP |
| Fig3. | Illustration Pixabay. CC0. https://pixabay.com/en/wallpaper-background-eclipse-1492818/ |
Pour aller plus loin
Je vous conseille d'aller jeter un coup d'oeil ici, L’ABC, ou plutôt l’alpha-beta-gamma, de l’origine des éléments chimiques.
Merci aux communautés #SteemSTEM et #FrancoSTEM pour leur aide et leur soutient ! <3