Origine de l'énergie solaire et réactions de fusion nucléaire de l'hydrogène

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• Le Soleil est une étoile naine jaune âgée de 4,6 milliards d'années, constituée principalement d'hydrogène ( 74\,\% en masse) et d'hélium ( 25\,\%). • Au cœur du Soleil (zone centrale où T 15 10^6 K et P 2,5 10^16 Pa), la matière se trouve à l'état de plasma (noyaux et électrons libres très agités). • L'énergie solaire provient de réactions de **fusion nucléaire** de l'hydrogène, réalisées à environ 99\,\% par la chaîne proton-proton. • Bilan global de la chaîne de fusion : quatre noyaux d'hydrogène 1 (protons) fusionnent pour former un noyau d'hélium 4, avec émission de deux positons, deux neutrinos électroniques et d'énergie radiative : 4\,^1_1H ^4_2He + 2\,^0_1e + 2\,_e + • Cette réaction libère une quantité colossale d'énergie car la masse du noyau d'hélium 4 obtenu est légèrement inférieure à la somme des masses des quatre protons initiaux : c'est le défaut de masse.

Le cours

Origine de l'énergie solaire et réactions de fusion nucléaire de l'hydrogène • Le Soleil est une étoile naine jaune âgée de 4,6 milliards d'années, constituée principalement d'hydrogène ( 74\,\% en masse) et d'hélium ( 25\,\%). • Au cœur du Soleil (zone centrale où T 15 10^6 K et P 2,5 10^16 Pa), la matière se trouve à l'état de plasma (noyaux et électrons libres très agités). • L'énergie solaire provient de réactions de **fusion nucléaire** de l'hydrogène, réalisées à environ 99\,\% par la chaîne proton-proton. • Bilan global de la chaîne de fusion : quatre noyaux d'hydrogène 1 (protons) fusionnent pour former un noyau d'hélium 4, avec émission de deux positons, deux neutrinos électroniques et d'énergie radiative : 4\,^1_1H ^4_2He + 2\,^0_1e + 2\,_e + • Cette réaction libère une quantité colossale d'énergie car la masse du noyau d'hélium 4 obtenu est légèrement inférieure à la somme des masses des quatre protons initiaux : c'est le défaut de masse. Astuce et méthode clé Retiens l'équation globale de la fusion solaire : 4 protons se transforment en 1 noyau d'hélium 4, 2 positons, 2 neutrinos et de l'énergie. Piège classique à éviter Le Soleil ne « brûle » pas au sens chimique : il n'y a pas de combustion avec du dioxygène. C'est un gigantesque réacteur de fusion thermonucléaire, où des noyaux d'hydrogène fusionnent en noyaux d'hélium.

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