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Les éléments dans l'Univers et sur la Terre

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Objectifs
  • Connaitre et comprendre l’origine de la matière.
  • Connaitre les abondances des éléments sur Terre et dans l’Univers.

Niveau préconisé : 3e

Points clés
  • L’hydrogène (H) et l’hélium (He) sont les deux éléments chimiques qui sont fabriqués en premier dans l'Univers.
  • Ils représentent 98 % du total de tous les éléments présents dans l’Univers.
  • Tous les autres éléments naturels sont nés à l'intérieur des étoiles par des réactions nucléaires. Nous sommes donc tous des « poussières d'étoile ».
  • Les proportions des atomes présents dans l’Univers et dans le globe terrestre diffèrent.
  • Le globe terrestre, l’ensemble de la croute terrestre et l’atmosphère sont composés majoritairement d’oxygène (O), de silicium (S), d'aluminium (Al) et de fer (Fe) alors que l’Univers est composé essentiellement d’hydrogène (H) et d'hélium (He).
  • La matière observable est partout de même nature, c’est-à-dire qu’elle est partout constituée des mêmes particules : les atomes.
1. L'origine de la matière

Tout débute il y a 13,7 milliards d’années.

L’Univers commence à s’étendre par ce que l’on appelle le Big Bang.

Un millionième de seconde (durée très petite) après sa croissance, la taille de l’Univers atteint 2 × 1013 km (distance déjà infiniment grande).

Depuis le Big Bang, l’Univers continue à se refroidir tout en continuant à s’étendre (c’est le phénomène de l’expansion de l’Univers).

Puis des protons et de neutrons s’assemblent pour donner des noyaux. Ces noyaux (chargés positivement) attirent ensuite les électrons (chargés négativement). Les premiers atomes sont nés !

Le premier élément chimique qui a été formé est l’atome d’hydrogène. Il est constitué d’un proton et d’un électron. Il est aussi majoritairement constitué de vide.

Représentation de l'atome d'hydrogène

L’Univers est alors constitué à 95 % d’hydrogène.

Sous l’effet de la gravité et de la température qui dépasse plusieurs millions de degrés, les étoiles se créent. Autour des étoiles, les planètes se forment (dont la nôtre qui est la Terre).

2. Les éléments sur Terre et l'Univers

Les proportions des atomes présents dans l’Univers et dans le globe terrestre diffèrent.

Abondance des éléments chimiques
dans l’Univers, le système solaire et sur la Terre
a. Les éléments dans l'Univers

Dans l’Univers, les deux éléments les plus simples et les plus importants sont l’hydrogène (H) et l’hélium (He). Ils représentent 98 % des éléments que l’on trouve dans l’Univers.

Les autres éléments sont, par ordre d’importance : l'oxygène, le carbone, le néon, le fer, l'azote, le silicium, le magnésium, le soufre, etc.

Les éléments plus lourds comme le fer, le plomb, l'or, le platine, l'uranium, etc., ont été « fabriqués » lors de l’explosion d’une étoile qui arrivait en fin de vie.

Tous les éléments chimiques qui nous entourent ont donc été fabriqués avant la formation des étoiles ou à l'intérieur même des étoiles par des réactions nucléaires.

Dans ce sens nous sommes tous des « poussières d'étoile » !

b. Les éléments sur Terre

La Terre est constituée d’éléments chimiques plus lourds issus de ces réactions nucléaires.

Il y a actuellement 118 éléments chimiques différents connus sur la Terre, dont 94 qui existent à l'état naturel sur Terre.

Voici la répartition des éléments sur Terre :

  • Le sable et les pierres sont formés de fer (Fe), d’oxygène (O), de silicium (Si), etc.
  • Dans l’eau de mer, il y a des molécules d’eau (H2O) et du sel (de formule NaCl), d’où la présence des éléments chimiques hydrogène (H), oxygène (O), sodium (Na) et chlore (Cl).
  • Dans l'atmosphère de la Terre, les deux éléments les plus abondants sont l'azote (N) et l'oxygène (O).
La répartition des éléments sur Terre

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