Pourquoi le Soleil brille-t-il ?
Le Soleil ne brûle pas
Le Soleil ressemble à un feu gigantesque, mais il ne brûle pas. S’il était fait de charbon, il se serait consumé en quelques milliers d’années. Pourtant, il brille depuis près de cinq milliards d’années.
De quoi est fait le Soleil
Le Soleil est surtout fait d’hydrogène, l’élément le plus simple. Un atome d’hydrogène a en son centre une seule particule de charge positive, un proton. Autour tourne un électron de charge négative.
La gravité écrase le Soleil
Le Soleil est trois cent mille fois plus lourd que la Terre. Sa propre gravité tire tout vers le centre et comprime le gaz à l’intérieur. Un gaz comprimé chauffe, tout comme une pompe à vélo quand tu gonfles un pneu.
L’enfer au cœur
La partie la plus comprimée et la plus chaude du Soleil est son centre, son cœur : plus de 15 millions de degrés. Plus une chose est chaude, plus ses particules bougent vite. Dans le cœur, elles filent si violemment que les électrons sont arrachés aux protons et volent chacun de leur côté.
Les protons se repoussent
Les charges de même signe se repoussent, alors les protons s’écartent les uns des autres. Plus ils vont vite l’un vers l’autre, plus ils s’approchent, mais la répulsion finit toujours par gagner. Dans le cœur du Soleil, ils sont si rapides qu’ils arrivent parfois à se toucher.
Vérifie par toi-même
Gonfle deux ballons, frotte-les sur tes cheveux et suspends-les côte à côte à des fils. Les ballons s’écartent l’un de l’autre. Ils ont la même charge, ici négative, et se repoussent donc comme deux protons.
Une fois tous les milliards d’années
Après s’être touchés, ils repartent pourtant presque toujours chacun de leur côté. Ils ne s’unissent que si, à cet instant précis, l’un d’eux éjecte un positron, une minuscule particule comme l’électron mais de charge positive, et se change en neutron. Un proton et un neutron ne se repoussent pas et, contrairement à deux protons, restent liés. Mais cette transformation est extrêmement rare : un proton l’attend en moyenne des milliards d’années.
Serrés comme des sardines
Mais il y a dans le cœur un nombre inimaginable de protons, et la gravité les a serrés les uns contre les autres. Un litre de cette matière pèserait 150 kilos. Même une union aussi rare se produit donc sans arrêt.
Quatre protons font de l’hélium
La paire unie continue ensuite à voler dans le cœur du Soleil jusqu’à ce que deux autres protons la rejoignent. L’un d’eux se change à son tour en neutron, et il se forme de l’hélium, le gaz des ballons de fête foraine. Cette union dans la fournaise s’appelle la fusion thermonucléaire. L’hélium reste ensuite dans le cœur et, pour l’instant, ne fusionne pas davantage.
Le tour de l’hélium viendra plus tard
Un noyau d’hélium a deux protons, donc deux noyaux d’hélium se repoussent encore plus fort que deux protons. Ils ne commenceront à fusionner que lorsque, dans environ cinq milliards d’années, le Soleil n’aura plus d’hydrogène dans son cœur et que celui-ci chauffera à 100 millions de degrés. Trois noyaux d’hélium formeront alors du carbone, l’élément dont est faite par exemple la mine d’un crayon.
Un bout de masse devient lumière
L’hélium pèse un peu moins que les quatre protons dont il est né. Sur chaque kilogramme d’hydrogène, environ sept grammes se transforment ainsi en lumière et en chaleur. C’est autant d’énergie qu’en brûlant 20 000 tonnes de charbon.
Le Soleil maigrit
Chaque seconde, le Soleil change ainsi 600 millions de tonnes d’hydrogène en hélium. Environ 4 millions de tonnes deviennent de la lumière. Pour le Soleil, ce n’est qu’une miette : son hydrogène durera encore environ cinq milliards d’années.
Un long chemin vers la sortie
L’énergie du cœur n’arrive à la surface que lentement. Dans le Soleil si dense, la lumière rebondit sans cesse dans tous les sens, et son chemin vers l’extérieur dure des dizaines de milliers d’années, peut-être plus de cent mille. Depuis la surface, elle nous parvient ensuite en huit minutes.
Un Soleil sur Terre
Nous essayons aussi de faire démarrer la fusion thermonucléaire sur Terre pour en tirer de l’électricité. Mais nous n’avons pas la gravité du Soleil, alors nous chauffons le gaz à 150 millions de degrés, dix fois plus que dans le cœur du Soleil. Un gaz aussi chaud ne peut être maintenu que par de puissants aimants, dans une machine en forme de pneu appelée tokamak. Aucune paroi n’y résisterait.
Alors, pourquoi le Soleil brille-t-il ?
Le Soleil ne brûle pas. La gravité comprime et chauffe son cœur, où a lieu la fusion thermonucléaire : les protons de l’hydrogène s’unissent lentement en hélium. Un petit bout de masse se change au passage en lumière, et il y a tant d’hydrogène qu’il suffira pour des milliards d’années.