Tp de physique n°5 : Les éléments chimiques sur Terre et dans l’Univers








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date de publication07.12.2016
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TP de physique n°5 : Les éléments chimiques sur Terre et dans l’Univers.

  1. COMMENT ET OU SE SONT FORMES LES DIFFERENTS ELEMENTS CHIMIQUES ?

I-1) Introduction

Voir la vidéo d’Hubert Reeves sur : http://www.inexplique-endebat.com/article-hubert-reeves-poussieres-d-etoiles-483320

I-2) La nucléosynthèse - « Nous sommes tous des poussières d’étoiles !»-Abondance des éléments chimiques sur Terre et dans l’Univers

Document 1

La nucléosynthèse primordiale : Elle a lieu quelques minutes après la naissance supposée de l’Univers (Big-Bang), la température est descendue à environ un milliards de Kelvin. Grace à la force nucléaire les nucléons se combinent (fusionnent) pour former du deutérium () puis par une suite de réactions de fusions sont engendrés des noyaux d’hélium (He), de lithium (Li) et de béryllium (Be). 1000 s après l’instant initial, en raison de l’expansion de l’Univers, la température devient trop faible pour permettre la fusion d’autres noyaux et la nucléosynthèse primordiale s’arrête.

Synthèse des atomes d’hydrogène et d’hélium : Un million d’années après le Big-bang la température de l’univers n’est plus que d’environ 3000 K les électrons peuvent se combiner au noyau pour former des atomes d’hydrogène et d’hélium.

La nucléosynthèse stellaire : Quelques centaines de millions d’années après la naissance supposée de l’Univers, sous l’effet de la gravitation, se sont formé les premières galaxies puis les premières étoiles. La température au cœur des étoiles qui se condensent devient très élevée (107 K) de nouvelles réactions de fusion peuvent alors avoir lieu. Au cours de sa vie et de son évolution une étoile va ainsi pouvoir engendrer, à partir de l’hydrogène, des éléments de plus en plus lourd, l’hélium (He) , l’oxygène (O), le carbone (C), le silicium (Si),…. jusqu’au fer (Fe).

La nucléosynthèse explosive : A la fin de leur vie, les plus grosses étoiles (au moins huit fois la masse du Soleil) meurent en générant une fulgurante explosion nommée « supernovae », c’est lors de ce phénomène que sont formés les éléments plus lourds que le fer (Fe).

D’après :

Document 2

Hubert Reeves « patience dans l’azur » éditions du Seuil1981

« A la fin de leur vie, les étoiles se désagrègent et renvoient leur matière à l’espace interstellaire. Pour les plus grosses, cet évènement passe par une fulgurante explosion nommée « supernovae ». Pour les plus petites, comme le Soleil, la matière stellaire est évacuée plus lentement sous forme de « vents ».

En quittant les brasiers stellaires pour gagner les grands froids de l’espace, les noyaux nouveau-nés s’habillent d’électrons et forment de nombreux atomes. Ici débute l’évolution chimique. Les atomes se combinent en molécules et en poussières interstellaires. Plus tard, autour d’étoiles en formation, ces poussières s’agglutinent et engendrent les planètes.

Certaines de ces planètes possèdent des atmosphères et des océans, où l’évolution chimique s’accélère, donnant naissance à des molécules de plus en plus complexes. Dans la foulée, l’évolution devient biologique, et produit successivement les cellules et tous les êtres vivants. »

Document 3

Abondance relative des éléments chimiques sur Terre et dans l’Univers

Nom de l’élément

Symbole de l’élément

% en atomes sur Terre

% en atomes dans l’Univers

Oxygène

O

48,8

0,1

Magnésium

Mg

16.5

0,01

Fer

Fe

14.3

0

Silicium

Si

13.8

0,01

Soufre

S

3.7

0

Aluminium

Al

1,6

0

Nickel

Ni

0,6

0

Chrome

Cr

0,2

0

hydrogène

H

0,2

90

Hélium

He

0

9

Carbone

C

0,02

0,06

Azote

N

0

0,01

Néon

Ne

0

0,01

I-3) Questions

  1. Quels sont les trois types de nucléosynthèses cités dans le document 1 ? Quels sont pour chacun de ces trois types les éléments qui sont synthétisés ?

  2. Quand a eu lieu la nucléosynthèse primordiale ? A quelle température environ ? Pourquoi la nucléosynthèse primordiale a-t-elle cessé très rapidement ?

  3. Sous l’effet de quelle force se sont formées les galaxies puis les étoiles ? D’après le document 1 quel facteur permet aux réactions de fusions nucléaires de se dérouler au cœur des étoiles ?

  4. Sous l’effet de quelle force les poussières situées autour des étoiles en formation s’agglutinent-elles pour former des planètes ?

  5. D’après le document 1 à quelle condition une étoile en fin de vie peut former une supernova ? Rechercher sur Internet quelles sont les autres fins de vie possibles pour une étoile.

  6. Commenter la phrase de H. Reeves « Nous avons été engendré dans l’explosion initiale, au cœur des étoiles et dans l’immensité des espaces intersidéraux »

  7. En utilisant le tableur « Excel » réaliser sur une même feuille deux diagrammes circulaires, l’un représentant l’abondance relative des éléments de la Terre et l’autre représentant l’abondance relative des éléments de l’Univers. Chaque diagramme devra avoir un titre.

  8. Quels sont les deux éléments les plus représentés dans l’Univers ?

  9. Quels sont les quatre éléments les plus représentés sur Terre ?

  10. Quelle remarque peut-on faire en comparant les diagrammes circulaires relatifs à l’abondance des éléments sur la Terre et dans l’Univers ?

  11. En analysant les différents documents que peut-on dire sur les origines des éléments les plus abondants que l’on rencontre :

  • dans l’Univers ;

  • sur la Terre ?



  1. Exercice

Exercice 22 page 68

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