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Activité 3 - l’origine des éléments chimiques dans l’Univers

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Doc. 2: Formation des éléments: nucléosynthèse primordiale et stellaire (schéma)

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Doc. 2: Formation des éléments: nucléosynthèse primordiale et stellaire (schéma)

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Doc. 3: Comment explose une supernova (article et vidéo)

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Doc. 3: Comment explose une supernova (article et vidéo)

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CATACLYSME. Pas facile de s'imaginer ce à quoi peut ressembler l'explosion d'une grosse étoile (au moins huit fois plus grosse que le soleil) en fin de vie. Lorsqu'une telle étoile s'effondre sur elle-même, elle entraîne alors une explosion d'une puissance inimaginable, "qui libère autant d'énergie que le soleil durant 10 milliards d'années" explique l'astronome Jean-Pierre Luminet dans la vidéo ci-dessous décrivant le phénomène.
Extrait du documentaire "Du Big bang au Vivant" (ECP Productions, 2010), Jean-Pierre Luminet parle de la mort des étoiles massives, leur explosion en supernova et la formation de pulsars.
Durant cet évènement cataclysmique qui déchire littéralement l'étoile, tous les éléments chimiques fabriqués durant son existence (fer, magnésium, or, silicium, carbone, etc.) sont brutalement catapultés dans le milieu interstellaire. Ils vont alors nourrir de nouvelles générations d'étoiles.
Écorché d'une étoile. Ces dernières consomment de l'hydrogène (H) et de l'hélium (He) qu'elles fusionnent en des éléments plus lourds afin de produire de l'énergie. Lorsque l'étoile arrive en fin de vie, la fusion cesse et l'astre s'effondre sur lui-même, créant un objet ultra compact : une étoile à neutron ou un trou noir. S'ensuit une explosion qui disperse les couches extérieures de l'étoile dans l'espace interstellaire. Crédit : Nasa
Si les astronomes sont parvenus à identifier les différentes étapes d'un tel phénomène, il leur reste encore à comprendre les détails des mécanismes qui conduisent à un phénomène physique d'une telle ampleur. Par exemple, comment se déroule l'explosion elle-même.

Une explosion "en grappes"

"Les étoiles sont des boules de gaz sphériques. On peut penser que leur explosion doit ressembler à une sphère uniforme qui croîtrait à toute vitesse de manière uniforme" explique, dans un communiqué, Fiona Harrison, astronome au sein du California Institute of Technology (Caltech) de Pasadena aux États-Unis.

Il n'en est rien. C'est ce que montrent les résultats des données moissonnées par le télescope spatial à rayons X NuSTAR de la Nasa. Lancé en 2012, ce télescope permet des mesures avec une précision inégalée à ce jour. Les astronomes de la Nasa l'ont braqué sur la constellation de Cassiopée, à 11.000 années-lumières de notre Terre.

Cette dernière héberge en effet les restes déchirés d'une supernova qui a sans doute explosé au 17e siècle (en 1671). La lumière de l'explosion n'ayant atteint la terre que depuis quelques centaine d'années (moins d'un battement de cil à l'échelle stellaire), les astronomes ont donc là un matériau de choix pour observer les restes tous frais ce cette explosion.

Les données collectées par le télescope ont permis de modéliser la toute première carte d'un isotope radioactif du titane, dans les restes de cette étoile.
Voici la première carte de la radioactivité en titane - 44 des restes déchirés d'une supernova après son explosion. Crédit : NASA/JPL-Caltech/CXC/SAO
"Ces résultats montrent comment le coeur de la supernova est distordu, sans doute du fait que des régions entière à l'intérieur enflent avant d'exploser" analyse Fiona Harrison.

Les données ainsi collectées ont permis aux chercheurs de la Nasa de modéliser en 3D ce à quoi une explosion pourrait réellement ressembler.
Une étoile enfle et forme des grappes avant d'exploser selon le modèle 3D créé par la Nasa
"Comprendre le mécanisme de l'explosion d'une étoile est fondamental pour essayer de savoir d'où nous venons et remonter aux origines de tous les matériaux qui nous entourent comme le carbone, le fer, le calcium...", a confié à l'AFP Brian Grefenstette, un astronome de l'Institut de technologie de Californie. "Nous sommes en fait de la poussière d'étoile" précise-t-il, dans une formule qui rappellera des souvenirs aux lecteurs d'Hubert Reeves.

E.L avec AFP

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CATACLYSME. Pas facile de s'imaginer ce à quoi peut ressembler l'explosion d'une grosse étoile (au moins huit fois plus grosse que le soleil) en fin de vie. Lorsqu'une telle étoile s'effondre sur elle-même, elle entraîne alors une explosion d'une puissance inimaginable, "qui libère autant d'énergie que le soleil durant 10 milliards d'années" explique l'astronome Jean-Pierre Luminet dans la vidéo ci-dessous décrivant le phénomène.

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Proprietés, origine, découvreurs, etc, des éléments chimiques du tableau périodique.

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LES ELEMENTS CHIMIQUES - Propriétés - Famille

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Classification principale des éléments selon leurs propriétés. Peut également être appelée série chimique. Cette classification recoupe très largement les groupes qui organisaient les premières versions de la classification périodique.

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Doc. 5: Histoire de l'Univers selon le modèle du Big Bang (vidéo)

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Doc. 5: Histoire de l'Univers selon le modèle du Big Bang (vidéo)

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[Histoire des sciences] L’histoire de l’Univers selon le modèle du Big Bang

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Doc. 6: Processus astrophysiques à l'origine des éléments chimiques

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Doc. 6: Processus astrophysiques à l'origine des éléments chimiques

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Doc. 7: De la poussière d'étoiles (article)

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Doc. 7: De la poussière d'étoiles (article)

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ASTRONOMIE - Nous ne sommes que poussières... d'étoiles. En observant la composition chimique de plus de 150.000 étoiles qui peuplent notre galaxie, des astronomes affirment être parvenus à démontrer que notre corps est constitué à 97% de substances provenant de ces corps célestes.

Nous sommes tous faits de poussières d'étoiles. Notre planète et tous les êtres vivants qui y vivent seraient en effet composés de milliards d'atomes qui proviennent d'étoiles bien antérieures à la formation du système solaire, il y a environ 5 milliards d'années. Mais jusqu'à présent, rien ne permettait de le démontrer de manière irréfutable. Une équipe d'astronomes affirme aujourd'hui être parvenue à prouver scientifiquement que l'Homme est bel et bien composé de substances étoilées.

Pour y parvenir, ces chercheurs du Sloan Digital Sky Survey, un programme scientifique lancé en 2000 dans le but de répertorier les objets célestes de notre univers, ont passé au crible pas moins de 165.000 étoiles depuis l'observatoire d'Apache Point (Nouveau-Mexique). A l'occasion de la réunion annuelle de l'Union américaine d'astronomie, ils ont présentés les derniers résultats de leurs recherches pour tenter de percer le mystère de l'apparition de la vie dans notre galaxie.

L'union de six éléments chimiques à l'origine de la vie terrestre

Pour bien comprendre, il faut savoir que les êtres vivants, que ce soit les humains, les animaux ou les plantes, sont tous composés, avec des concentrations différentes, de six éléments chimiques : du carbone (C), de l'hydrogène (H), de l'azote (N), de l'oxygène (O), du phosphore (P) et du soufre (S). Or, en mesurant la concentration de ces éléments dans la composition des étoiles, les scientifiques ont établi que "notre corps est constitué à 97% de substances étoilées".

"C'est la première fois que nous pouvons étudier la distribution de ces éléments à travers notre galaxie pour un si grand nombre d'étoiles", a souligné Sten Hasselquist, de l'université du Nouveau-Mexique. Pour mener à bien leurs travaux, les astronomes ont utilisé un télescope optique de 2,5 mètres de diamètre, muni du spectrographe APOGEE (pour Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), qui se trouve à l'Observatoire Apache Point.

Grâce à ces données, nous pouvons déterminer quand et où la vie a eu les éléments nécessaires pour émerger dans notre galaxie. Jennifer Jonhson, chercheuse à l'Université de l'Ohio

Leurs recherches révèlent également que les étoiles qui se trouvent au centre de notre galaxie, comme le soleil, contiennent davantage de matériaux ayant conduit à l'apparition de la vie sur Terre. "Grâce à ces données, nous pouvons déterminer quand et où la vie a eu les éléments nécessaires pour émerger dans notre galaxie. Nous disposons maintenant d'une frise temporelle des zones habitables de la Voie Lactée", a déclaré Jennifer Johnson, de l'Université de l'Ohio. Peu à peu, le mystère de la vie s'éclaircit.

En vidéo

VIDÉO - Regardez ces magnifiques pluies d'étoiles filantes

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Nous sommes tous faits à 97% de poussières d'étoiles

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Doc. 10: Quatre nouveaux éléments chimiques découverts (article)

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C'est une annonce de nature à conduire au renouvellement de l'ensemble des manuels de chimie ! Le célèbre tableau des éléments chimiques, ou tableau de Mendeleïev - du nom du scientifique russe qui en a produit la toute première version en 1869 -, vient de s'enrichir de quatre nouveaux éléments. De sorte que sa septième ligne affiche désormais complet. Ces nouveaux venus numérotés 113, 115, 117 et 118, selon leur nombre atomique - c'est-à-dire le nombre de protons présents dans leur noyau -, sont en revanche bien trop lourds, et surtout instables, pour exister dans la nature. C'est pourquoi les chercheurs des quatre coins du monde ont dû ruser et s'armer de patience pour réussir à les faire apparaître, même très furtivement, dans leur laboratoire, grâce à des accélérateurs de particules.

Néanmoins, les efforts de deux équipes ont fini par payer, couronnés de succès par l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) qui vient de reconnaître officiellement leurs découvertes. La première équipe russo-américaine, issue d'une collaboration entre l'Institut unifié de recherche nucléaire de Doubna en Russie et du Laboratoire national Lawrence Livermore en Californie, s'est vu décerner la paternité des éléments 115, 117 et 118. Tandis qu'une équipe japonaise conduite par le professeur Kosuke Morita, de l'institut de recherche scientifique Riken, a emporté celle de l'élément 113.

Une première pour un pays asiatique

Pour cette toute première équipe asiatique à découvrir officiellement un élément chimique du tableau de Mendeleïev, la décision de l'IUPAC récompense sept longues années de labeur. Car, si Kosuke Morita pensait dès 2004 avoir fabriqué l'élément 113 en bombardant une fine couche de bismuth (élément 83) avec des ions zinc (élément 30) filant à environ 10 % de la vitesse de la lumière, les preuves qu'il apportait n'avaient pas été jugées suffisantes. Il lui aura fallu provoquer deux autres apparitions, dont une basée sur une tout autre expérience consistant à envoyer un faisceau de sodium (élément 11) contre une cible de curium (élément 96), pour parvenir à convaincre. Voilà qui donne un mince aperçu du casse-tête auquel ces explorateurs de l'infiniment petit se sont confrontés.

Qu'importe, le jeu en valait largement la chandelle puisque, mieux qu'une médaille d'or aux Jeux olympiques, ces scientifiques vont désormais avoir l'immense honneur de baptiser ces nouveaux éléments chimiques, provisoirement appelés ununtrium (113), ununpentium (115), ununseptium (117) et ununoctium (118). Pour l'élément 113, l'appellation " japonium " est d'ores et déjà évoquée. Mais Kosuke Morita veut prendre le temps d'y réfléchir à deux fois. Il faut dire que l'enjeu est de taille.

En attendant, le Japonais et son équipe sont déjà lancés à l'assaut des éléments 119 et 120, dans l'espoir d'atteindre, peut-être, ce que les chimistes appellent " l'île de la stabilité " prédite par la théorie, à savoir des combinaisons de protons et de neutrons donnant des atomes lourds mais stables. Alors que, jusqu'ici, tous les atomes plus lourds que l'uranium (élément 92) que les hommes ont réussi à faire apparaître se sont presque aussitôt désintégrés.

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