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Fusion nucléaire
Fusion nucléaire
Posté le 19.12.2006 par hyperbolederivations
"Avant de parler de fusion nucléaire, il importe de s’attarder un peu sur l’atome puisque la réaction nous intéressant se produit à l’échelle de ce dernier. L’atome est composé d’un noyau autour duquel orbitent des électrons (particules négatives de charge -1). Ce sont ces mêmes électrons qui génèrent n’importe quel courant électrique en se déplaçant. Le noyau de l’atome, quant à lui, se compose de deux particules que nous désignons sous le nom de nucléons: les protons et les neutrons. Leurs charges électriques sont respectivement de +1 et 0. Les protons et les neutrons sont eux-mêmes constitués de quarks, particules à charge fractionnaire. Il en existe 6 « saveurs » (terme apposé aux types de quark sans raisons particulières; notons qu’il est impossible de goûter aux quarks à cause de leur petitesse); up down, strange, charmed, bottom, top. Ces termes conservent, par convention, leurs noms anglais même en français. Les protons sont faits de deux ups et un down tandis que les neutrons sont construits avec deux down et un up. Les charges des ups et des downs équivalent respectivement à +2/3 et –1/3 (ce qui donne +1 pour le proton et 0 pour le neutron).
Toutes ces briques du monde interagissent entre elles à l’aide 4 forces : force électromagnétique, gravitationnelle, nucléaire et faible. La force électromagnétique sévit sur les particules chargées électriquement. Sa puissance surpasse celle de la gravité, mais ses effets sont minimes à grande échelle, phénomène que le très célèbre Stephen Hawking explique comme suit : « Un grand corps, comme la Terre ou le Soleil, contient à peu près un nombre égal de charges positives et de charges négatives […]; on ne constate [donc] qu’une très faible force électromagnétique résiduelle entre eux. » (Hawking, 1991, p.99) D’un autre côté, La force gravitationnelle agit sur toutes les particules de matière et se révèle être toujours attractive, contrairement à la force électromagnétique où les contraires s’attirent et les semblables se repoussent. Si les charges de même nature tendent à se repousser, il convient de se demander pourquoi le noyau atomique demeure stable. C’est grâce à la force nucléaire; elle agit sur des distances minuscules mais est de loin beaucoup plus puissante que l’électromagnétisme ou la gravité. De même, la force faible possède une portée minuscule à l’instar de la force nucléaire, mais son intensité se révèle être tout aussi petite. C’est pour cette raison, d’après le célèbre astrophysicien québécois Hubert Reeves, qu’elle « n’est responsable d’aucune structure. » (Reeves, 2001, p.117)
Ces 4 forces sont à la base des relations entre les différentes particules de matières et donc également à la base de la fusion nucléaire. En effet, selon Antoine Moreau – maître de conférences à l’Université Blaise-Pascal en France et chercheur en électromagnétisme – la fusion nucléaire se produit lorsque les noyaux atomiques se « heurtent très très violemment; [ils] arrivent à se rapprocher très près. En temps normal, ils ne pourraient pas, parce qu'ils sont tous les deux de charge positive, et se repoussent donc très fort. A [sic] ce moment là [sic] commencent à intervenir d'autres forces, celles qui lient les protons et les neutrons dans le noyau atomique, et qui sont bien bien plus fortes que tout, mais à des courtes distances seulement. » (Moreau, 1999, http://www.e-scio.net/index.html) La fusion nucléaire résulte en quelque sorte de ce jeu de distance variant l’intensité des forces électromagnétique et nucléaire. Il s’avère donc erroné de visualiser les atomes comme des sortes de billes entrant en collision; la force électromagnétique les empêche de s’approcher trop près les uns des autres sauf s’ils possèdent une quantité suffisante d’énergie – ils pourront donc franchir une sorte de barrière critique de non-retour où la force électromagnétique devient plus faible que la force nucléaire et se « coller » en quelque sorte un peu comme des boules de pâte.
Mais, d’où provient l’énergie libérée? Selon Marc Séguin du Collège de Maisonneuve et Benoît Villeneuve du Collège Édouard-Montpetit, une réaction de fusion libère de l’énergie lorsque « la masse totale du ou des noyaux [est] plus petite après la réaction qu’avant la réaction. La masse manquante sera transformée en énergie selon la relation masse-énergie d’Einstein, E = mc². » (Séguin, Villeneuve, 2002, p.221) Et cette situation se produit si les deux noyaux fusionnant sont situés avant le fer dans le tableau périodique des éléments. En effet, si nous observons la masse par nucléon d’un noyau, la courbe trouve son minimum au fer (Fe). C'est cette minime différence de masse qui est à l'origine de l'éblouissante énergie solaire."
La fusion nécessite donc des températures extrêmement élevées afin que les notaux puissent s'approcher suffisamment pour faire entrer la force nucléaire en jeu. Cette température est de l'ordre des milliards de degrés. et plus les noyaux à fusionner sont gros, plus la température doit élevée. Par exemple, la fusion d'hydrogène en hélium (4H --> He) nécessite une température beaucoup plus basse que celle de l'hélium en carbone (3He --> C).
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:: Les commentaires des internautes
Dans une étoile...Posté par Maja le 21.12.2006
Te dire que je comprends tout serait te mentir, mais disons que j'ai compris globalement. Mais tu dis à la fin que la fusion du 3he en c nécessite une plus basse température, est-ce la raison pour laquelle celle-ci se fait plus tard dans l'étoile ?
encore moi...
Posté par Maja le 21.12.2006
C'est très bizarre center blog avec ce maximum de caractères, moi qui écrit toujours trop pour expliquer la moindre chose. En tout cas, j'ai appris que l'étoile passe par des stades de combustion, au début hydrogène, hélium, carbone, est-ce la même chose?
Étoile
Posté par Jessica le 21.12.2006
En fait, c'est l'inverse. 3He -> C nécessite une température plus élevée. Mais c'est effectivement pour ça que ça se produit plus tard. Ce n'est pas vraiment de la combustion puisque combustion implique une réaction chimique avec
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Étoile1
Posté par Jessica le 21.12.2006
de l'oxygène. Et ça dépend toujours de la température de l'étoile aussi... Mais le terme combustion est souvent utilisé - à tort - pour la vulgarisation puisqu'il renvoi à un phénomène connu de tous...
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slt
Posté par gadaoui le 06.04.2008
je suis faire une promenade je repasserai bonne soiree
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