wLe Soleil 13 wLe Soleil - CEA

8w NOTRE ÉTOILEw NOTRE ÉTOILE9© Dapnia/CEAModule optique du détecteur de neutrinos Antarès.LES NEUTRINOSLe centre du Soleil est le siège de réactions de fusionnucléaire qui transforment l’hydrogène en hélium.Le processus produit aussi de fantomatiques particulesnommées neutrinos. Au cœur de notre étoile, latempérature est suffisamment importante pour amorcerla réaction de fusion entre deux protons, première étaped’une chaîne de réactions nucléaires qui aboutissent àla formation d’hélium. Cette réaction produit un noyau dedeutérium (isotope de l’hydrogène), un positon, alter egopositif de l’électron chargé négativement et, bien sûr, del’énergie. C’est le physicien suisse d’origine autrichienne,Wolfgang Pauli (1900-1958) qui, pour sauver le principede conservation de l’énergie, suggère en 1930 de faireintervenir une particule supplémentaire non observéeet de masse supposée nulle. Une équipe japonaiseapportera en 1998 la preuve expérimentale del’existence de la masse des neutrinos; cette découverte,brique capitale à l’édifice de la physique des particules,a rapporté à son auteur, Masatishi Koshiba, le prix Nobelde physique en 2002. De charge électrique nulle etde masse quasiment nulle (inférieure à 10 -33 gramme),le neutrino n’interagit que très faiblement avec lamatière. Chaque seconde, 65 milliards de neutrinosfrappent le moindre centimètre carré de la surfaceterrestre et presque aucun n’est arrêté! C’est pourquoi ona construit des détecteurs de grande taille, installés soitdans une mine (comme celle de Sudbury, au Canada),sous l’eau (projet Antarès en mer Méditerranée), ouencore dans un tunnel (Gran Sasso, sous le Mont-Blanc)pour se protéger des autres rayonnements cosmiques.Une épaisse couverture de terre ou d’eau joue alorsle rôle d’un tamis qui ne laisse passer que les particulesles plus pénétrantes. Le bilan scientifique de cesexpériences est impressionnant car il a permisl’observation des neutrinos émis par la supernovaapparue dans le grand nuage de Magellan en 1987 etdont on a pu suivre l’explosion en différé (170000 ansplus tard!) grâce au télescope spatial Hubble.LE SOLEIL, RÉACTEUR NUCLÉAIREDE FUSION AUTO-RÉGULÉUne réaction de fusion dégage de l’énergie carla masse du noyau produit est inférieure à la sommedes masses des noyaux initiaux ; la différence demasse est transformée en énergie selon la célèbreformule d’Einstein, E = ∆m x c 2 . Ces réactionsne se déclenchentque si la températureet la pressionL’énergie produite est égale au produitde la différence de masse par le carréde la vitesse de la lumière.sont suffisamment élevées pour que deux protonsépluchés de leur électron donc de chargepositive, fusionnent. Ceci limite leur champ d’actionaux régions les plus centrales d’une étoilecomme le Soleil. Il faut aussi que l’étoile soitsuffisamment massive, plus grosse qu’un dixièmede masse solaire, pour comprimer suffisammentle cœur et amorcer les réactions nucléaires. Dansle cœur du Soleil, ce sont 620 millions de tonnesd’hydrogène qui, chaque seconde, sont transforméesen 615,7 millions de tonnes d’hélium ;la différence est convertie en énergie rayonnéevers l’extérieur. Cette réserve d’énergie nucléairepermet d’estimer la durée de vie du Soleil à environdix milliards d’années. Par ailleurs, grâce à unemesure de la radioactivité des roches terrestres,nous savons que notre planète et donc le Soleilsont âgés de 4,6 milliards d’années : le Soleilbrillera encore pendant 5 milliards d’années !Notons enfin que ces réactions de fusion sontautorégulées. Nous savons alors ce qu’est le Soleil,comme toute autre étoile : c’est un réacteurnucléaire fonctionnant sur le mode de la fusion.Sur Terre, l’homme cherche à maîtriser les réac-tions de fusion pour exploiter cette fabuleuseénergie. Deux types de procédés sont aujourd’huiétudiés en laboratoire.• À faible concentration, le mélange gazeux àfusionner est maintenu par des parois immatériellescréées par des champs magnétiques : c’estl’objet du futur réacteur expérimental internationalITER.International ThermonuclearExperimental Reactor.• À forte concentration, la réaction est amorcéepar irradiation avec des faisceaux lasers très puissants: c’est l’objet du laser Mégajoule en constructionau centre CEA du Cesta près de Bordeauxainsi que de son prototype LIL déjà en fonction-Structure interne du SoleilCœurde l’étoileNeutrinoTrajet des photons (hors d’échelle)Flux de rayonnementForce de pression (dirigée vers l’extérieur)Force gravitationnelle (dirigée vers l’intérieur)De l’étoile à l’énergie domestique13 w Le SoleilDe l’étoile à l’énergie domestique13 w Le Soleil