Abonnez-vous à Universalis pour 1 euro

NUCLÉOSYNTHÈSE

Les sites de la nucléosynthèse

Formation des éléments chimiques : diagrammes - crédits : Encyclopædia Universalis France

Formation des éléments chimiques : diagrammes

Pour que ces différents processus nucléosynthétiques se produisent, il faut évidemment que les conditions physiques qui leur sont nécessaires soient réunies.

Dans le cas des réactions de fusion, il faut que les gaz de particules susceptibles d'interagir soient suffisamment denses et surtout suffisamment chauds (T > 106 K) pour que celles-ci aient lieu.

Les réactions d'absorption de neutrons ne peuvent se produire que s'il y a des neutrons susceptibles d'être absorbés rapidement par les noyaux voisins. Comme les sources de neutrons sont le plus souvent des réactions de fusion, il faut donc des conditions physiques assez analogues aux précédentes pour que ces réactions se produisent. Il a déjà été mentionné que des températures supérieures à quelques milliards de degrés étaient nécessaires pour que les processus de photodésintégration se produisent. Enfin, seuls des flux de particules rapides comme le rayonnement cosmique galactique ou ceux qui sont produits lors des éruptions stellaires sont capables d'induire des réactions de spallation.

En conséquence, on ne connaît que trois sites principaux où la nucléosynthèse peut se produire ; il s'agit du gaz primordial, deux à trois minutes après l'explosion originelle, du rayonnement cosmique galactique interagissant avec le milieu interstellaire et du gaz constituant l'intérieur des étoiles. L'ordre de présentation de ces sites n'est pas indifférent puisque les deux premiers se sont produits, ou se produisent, à l'échelle de l'Univers tout entier ou de la Galaxie, alors que le dernier n'intervient que dans les astres plus limités en taille et en masse que sont les étoiles. D'autre part, c'est pendant l'explosion originelle que les éléments les plus légers, le deutérium (l'isotope lourd de l'hydrogène), l'hélium 3 et 4 et le lithium 7 sont nés ; les éléments suivants, lithium, béryllium, bore, viennent de l'interaction entre le rayonnement cosmique et le milieu interstellaire, alors que tous les éléments plus lourds sont synthétisés à l'intérieur des étoiles.

La nucléosynthèse primordiale

Pour expliquer le mouvement d'expansion de l'Univers marqué par le mouvement relatif des galaxies entre elles et le rayonnement fossile à 2,7 K, les cosmologistes imaginent que l'Univers est né il y a une quinzaine de milliards d'années d'une brutale explosion, le big bang. Selon les hypothèses les plus couramment retenues, l'Univers aurait atteint des températures bien supérieures à 1012 K et des densités bien supérieures à 108 g ( cm-3. Quelques dizaines de secondes après cette explosion, c'est-à-dire lorsque l'Univers avait une température de l'ordre de 1010 K, il était constitué de nucléons (neutrons, protons) et de leptons comme les électrons, les positrons et les neutrinos ; il existait un équilibre entre les neutrons et les protons régi par les interactions dites faibles (parce qu'elles font intervenir à la fois nucléons et leptons) :

(neutron + positron ⇆ proton + antineutrino),

(proton + électron ⇆ neutron + neutrino).

À des températures de l'ordre de 109 K, c'est-à-dire quand l'Univers était âgé de quelques minutes, ces équilibres ont cessé de se produire, et les neutrons ont donc commencé à subir leur désintégration : n → p + e- + ̄ν. C'est à ce moment-là que se situe la nucléosynthèse primordiale, à partir de la réaction d'absorption des neutrons par les protons : p + n → D + γ, et les réactions qui s'ensuivirent, responsables de la formation de l'hélium 3 et 4 et du lithium 7.

Cette nucléosynthèse primordiale, outre qu'elle fournit une explication particulièrement convaincante concernant la formation[...]

La suite de cet article est accessible aux abonnés

  • Des contenus variés, complets et fiables
  • Accessible sur tous les écrans
  • Pas de publicité

Découvrez nos offres

Déjà abonné ? Se connecter

Écrit par

  • : directeur de recherche émérite CNRS, Institut d'astrophysique de Paris

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Nucléosynthèse, J. Audouze - crédits : Encyclopædia Universalis France

Nucléosynthèse, J. Audouze

Abondance des éléments par rapport au silicium - crédits : Encyclopædia Universalis France

Abondance des éléments par rapport au silicium

Formation des éléments chimiques : processus - crédits : Encyclopædia Universalis France

Formation des éléments chimiques : processus

Autres références

  • BIG BANG

    • Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
    • 2 533 mots
    • 4 médias
    ...permis le déroulement des réactions nucléaires. Gamow baptise « ylem » l'espèce de « soupe primordiale » que constituait alors le contenu de l'Univers. En 1948, paraît ainsi le célèbre article αβγ – en référence à ses signataires Ralph Alpher, Hans Bethe et Gamow –, qui pose les bases de la ...
  • BURBIDGE E. MARGARET (1919-2020)

    • Écrit par Universalis
    • 792 mots

    Astrophysicienne américaine d'origine britannique, Margaret Burbidge est la première femme à avoir été nommée directrice de l'Observatoire royal de Greenwich. Elle a apporté des contributions fondamentales à la théorie des quasars, déterminé les paramètres de rotation, les masses...

  • BURBIDGE GEOFFREY R. (1925-2010)

    • Écrit par Universalis
    • 348 mots

    Astrophysicien et astronome américain d'origine britannique, Geoffrey R. Burbidge joua un rôle clé dans plusieurs avancées majeures en matière d'astrophysique et de cosmologie.

    Né le 24 septembre 1925, à Chipping Norton, dans l'Oxfordshire, Geoffrey Ronald Burbidge obtient une licence...

  • COSMOLOGIE

    • Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
    • 9 300 mots
    • 6 médias
    ...remontant plus loin encore dans le passé, les structures de plus en plus élémentaires – les noyaux d'atomes, ou même les particules qui les constituent – n'existaient même pas. La fabrication des noyaux d'atomes les plus légers – la nucléosynthèse primordiale – est une étape des plus importantes.
  • Afficher les 17 références

Voir aussi