Troisième 2016-2017
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Troisième 2016-2017

L'évolution de l'Univers

L'Univers n'a pas toujours été tel que nous le connaissons. Le modèle du Big Bang décrit sa naissance et son évolution, au cours de laquelle les étoiles transforment les atomes primordiaux, l'hydrogène et l'hélium, en atomes plus lourds. Ceux-ci composent les planètes rocheuses comme la Terre et quasiment toute la matière qu'on y trouve, nous y compris.

I

Description de l'Univers

A

La structure et l'histoire de l'Univers

L'Univers est composé d'une multitude de galaxies.

Galaxie

Les galaxies sont d'immenses groupes d'étoiles et de poussières interstellaires maintenues par l'attraction gravitationnelle.

On estime que notre galaxie, la Voie lactée, serait composée d'une centaine de milliards d'étoiles.

Sur cette photo de la galaxie NGC 4414, similaire à la Voie lactée, chaque point blanc est une étoile.

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La galaxie NGC 4414

Big Bang

Le Big Bang est une théorie qui, à partir de preuves contemporaines, décrit la naissance de l'Univers, il y a environ 13,7 milliards d'années.

Dans le modèle du Big Bang, l'Univers originel, qui se résumait à un point très dense et chaud, est rentré en expansion. La matière s'est alors organisée au fur et à mesure du refroidissement de l'Univers :

  • Les premiers noyaux, principalement d'hydrogène et d'hélium, se sont formés pendant les 300 000 premières années.
  • Vinrent ensuite les atomes correspondant.
  • Les plus anciennes étoiles et galaxies se sont formées 1 milliard d'années après le Big Bang, par accrétion des poussières.
  • Il y a 10 milliards d'années, notre galaxie, la Voie Lactée, s'est formée.
  • Il y a 5 milliards d'années, le Soleil s'est formé à son tour et le système solaire avec lui.
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L'expansion de l'Univers

Les deux faits suivants sont à la base de la théorie du Big Bang :

  • Les galaxies s'éloignent les unes des autres à des milliers ou centaines de milliers de kilomètres/seconde. En fait, c'est l'espace qui les supporte qui s'étire et les entraîne avec lui, on parle ainsi d'expansion de l'Univers.
  • La température du vide spatial (−270 °C environ) et le fait qu'elle diminue continuellement laissent penser qu'elle était beaucoup plus importante dans le passé.
B

Les dimensions et les distances : de l'infiniment petit à l'infiniment grand

Pour exprimer les très grandes distances entre les étoiles, on n'utilise pas les multiples du mètre, mais plutôt l'année-lumière.

L'année-lumière

L'année-lumière (al) est la distance que parcourt la lumière dans le vide en une année :

1 al = 9,46×1015 m

Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche de notre système solaire, est située à une distance d=3,99×1016 m, soit :

d=3,99×10169,45×1015=4,22 al

Malgré son nom d'"année-lumière", il s'agit bien d'une distance et non d'une durée.

L'Univers connu, c'est-à-dire observable par nos instruments, s'étend sur 13,7 milliards d'années de lumière, soit environ 1026 m.

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Échelle des longueurs

Ainsi, l'Homme se trouve quelque part entre l'infiniment petit et l'infiniment grand.

II

L'origine des atomes

Les premiers atomes formés après le Big Bang ont été l'hydrogène et l'hélium. Ainsi, dans l'Univers primordial, on trouvait uniquement ces atomes. Or, à l'instar de la Terre, les planètes rocheuses sont composées d'atomes beaucoup plus lourds.

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Composition chimique globale de la Terre (en masse)

Ces atomes, et tous les autres de numéro atomique supérieur à celui de l'hydrogène et de l'hélium, ont été formés par les étoiles : celles-ci sont le siège de fusions nucléaires qui transforment l'hydrogène et l'hélium en atomes plus lourds, cela s'appelle la nucléosynthèse.

Nucléosynthèse

La nucléosynthèse est le processus par lequel les étoiles fabriquent à partir d'hydrogène et d'hélium et par une succession de fusions nucléaires, l'ensemble des autres atomes.

Ainsi, hormis les atomes d'hydrogène et d'hélium, les atomes qui constituent la matière autour de nous, et même nos corps, ont été produits par des étoiles, d'où l'expression que l'on utilise parfois de "poussières d'étoiles".

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