La matière dans l’Univers - Cours : 11ème Harmos

Cours pour la 11eme Harmos : La matière dans l’Univers

Chapitre 3 – La matière dans l’Univers

I/ Le modèle du Big Bang et l’origine de la matière

Le Big Bang est un modèle qui décrit la naissance et l’évolution de l’Univers depuis un état chaud et très dense, il y a 13,8 milliards d’année. L’Univers est actuellement en constante expansion.
Dès les premières minutes, les noyaux des atomes les plus légers ont été synthétisés (H, He, Li, Be), grâce à des températures de l’ordre du milliard de degrés qui ont permis la réaction de fusion (Module 6-Ch.4).

Au sein des étoiles, les températures de quelques millions de degrés permettent la synthèse des éléments chimiques plus lourds jusqu’au Fer (Fe) en plusieurs millions voire milliards d’années : c’est la nucléosynthèse.

Pour synthétiser des éléments chimiques plus lourds que le fer, la température doit augmenter encore : cela n’est possible que dans les supernovas (explosions d’étoiles), en quelques secondes.
La matière est partout la même, sur Terre et dans l’Univers car elle provient toujours des mêmes processus de synthèse de noyaux plus lourds à partir de noyaux plus légers.

Le modèle du Big-Bang

II- La structure de l’atome

Activité documentaire : La description de l’atome

Dimension

L’atome est constitué d’un noyau autour duquel se déplacent les électrons.
Les dimensions du noyau sont environ 100 000 fois inférieure à celle de l’atome (0,1 nanomètre et 1nm=1.10^-9 m). L’atome est donc formé essentiellement de vide: on dit qu’il a une structure lacunaire.

Constitution

Le noyau est constitué de nucléons notés A: les protons et les neutrons (notés N).
Un proton possède une charge positive, notée +, et un neutron n’est pas chargé électriquement.
Un électron possède une charge négative (notée -) exactement opposée à celle du proton. L’atome comporte autant de protons dans le noyau que d’électrons se déplaçant autour de celui-ci : sa charge totale est donc nulle, on dit que l’atome est électriquement neutre.

Remarque : Les molécules, étant formées d’atomes, sont électriquement neutres.

Chaque élément chimique possède un nombre déterminé de protons, noté Z: c’est le numéro atomique.
Tous les éléments sont classés dans la classification périodique de Mendeleïev par numéro atomique croissant.

Tableau de Mendeleïev

où X est le symbole de l’atome.

Masse

La masse du noyau vaut des milliers de fois celle des électrons : la masse d’un atome est donc concentrée dans le noyau. De ce fait, A (nombre de nucléons) est appelé le nombre de masse.

Isotopes

Deux atomes peuvent avoir le même numéro atomique Z mais des nombres de masse A (nucléons) différents: on les appelle des isotopes.

Exemples : carbone 12, carbone 13 et carbone 14

III- Les lois de la matière

La matière, qu’elle soit infiniment petite ou infiniment grande, obéit aux mêmes lois.

Cohésion et mouvement de la matière

Les interactions entre les constituants de la matière régissent sa cohésion et les mouvements observés.
L’interaction électrostatique entre le noyau de l’atome (chargé positivement) et les électrons (chargés négativement) explique la cohésion de l’atome.

Remarque : Deux charges de signes opposés s’attirent alors qu’elles se repoussent si elles sont de mêmes signes.

L’interaction gravitationnelle entre le Soleil et les autres planètes explique leur mouvement et la cohésion du système solaire (voir Ch2-Module 5).

Lois de conservation