[News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

La physique de l'Univers...

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Adrien
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[News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par Adrien » 29/08/2014 - 12:00:27

Pour la première fois dans l'histoire de notre étoile, il a été possible de mesurer directement l'énergie solaire à l'instant même où elle est créée. Une expérience unique au monde, menée avec le détecteur Borexino, a permis d'observer quasiment en temps réel le flux de neutrinos de basse énergie émis par le Soleil et de montrer que l'activité solaire n'a pratiquement pas changé depuis plus de cent mille ans. Ces résultats obtenus par la collaboration Borexino (1), à laquelle participe le laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris), sont publiés le 28 août 2014 dans la revue Nature.

Image
Le détecteur Borexino
© A. Brigatti, INFN
L'énergie du Soleil provient, pour plus de 99%, de la fusion de noyaux d'hydrogène (des protons) au cœur de l'étoile. Cette réaction primordiale transforme deux protons en un noyau de deutérium en émettant un positron et un neutrino de basse énergie appelé neutrino pp. Le détecteur Borexino, installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso, en Italie, a réussi la première mesure directe du flux de ces neutrinos pp.

Une fois produits, les neutrinos franchissent en quelques secondes le plasma solaire et arrivent sur Terre huit minutes plus tard. Au contraire, l'énergie produite par la réaction en même temps que les neutrinos est transportée sous forme de photons et va mettre une ou deux centaines de milliers d'années à traverser la matière dense du Soleil, avant de gagner notre planète. Les neutrinos observés au cours de cette étude sont donc les témoins directs de ce qui se passe au cœur de l'étoile aujourd'hui, alors que l'énergie solaire qui nous réchauffe a été produite il y a longtemps.

L'expérience a permis de mesurer un flux de neutrinos de 6,6 × 1010 neutrinos par cm2 par seconde. Cela équivaut à une puissance du Soleil de 3,98 × 1026 watts, une valeur équivalente aux chiffres obtenus lorsqu'on mesure l'énergie solaire à partir des radiations qui illuminent et chauffent la Terre (3,84 × 1026 watts). La confrontation de ces deux mesures montre que le Soleil est en complet équilibre thermodynamique : son activité n'a pratiquement pas changé depuis plus de cent mille ans. Ces résultats confortent les connaissances actuelles sur la dynamique du soleil et confirment que notre étoile continuera à fonctionner de manière analogue pendant cent mille ans au moins.

Cette nouvelle mesure permet à l'expérience Borexino de compléter la spectroscopie des neutrinos solaires et de réaliser une performance unique. Ce détecteur est en effet le seul au monde à avoir mesuré le flux des neutrinos pp, les plus nombreux, mais les plus difficiles à détecter. De façon générale, les neutrinos, qui n'interagissent que par interaction faible, ne s'observent pas facilement et, pour la mesure effectuée cette fois-ci, la difficulté supplémentaire est due à l'énergie extrêmement faible des neutrinos pp. Le détecteur Borexino est particulièrement performant pour éliminer les bruits de fond qui perturbent les mesures à basse énergie. Il est abrité sous 1400 mètres de roches qui absorbent les rayons cosmiques et la haute technologie développée par l'expérience permet de supprimer les traces de radioactivité à un niveau encore jamais atteint (dix milliards de fois moins de radioactivité que dans un verre d'eau). Ce sont ces caractéristiques uniques qui ont permis cette première mondiale.

Notes :

(1) L'expérience Borexino est le fruit d'une collaboration entre plusieurs pays européens (Italie, Allemagne, France, Pologne), les Etats-Unis et la Russie, qui regroupe plus de 100 physiciens, ingénieurs et techniciens. En France, les chercheurs du laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris) ont rejoint la collaboration en 2000. Ils ont reçu le soutien de l'IN2P3, de l'Université Paris Diderot, du labex UnivEarthS et du laboratoire APC.


Source: CNRS

hubble
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Re: [News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par hubble » 29/08/2014 - 21:30:36

je suppose qu'il faut comprendre 3.98 x 10 ^ 26 watts (10 puissance 26) pour la puissance totale du Soleil, qu'on peut aussi obtenir de manière approximative par la perte de masse de 4 millions de tonnes par secondes , ou selon la formule E=mc^2 :
4 x 10^9 x (3 x 10^8)^2 = 3.6 x 10 ^26 watts .

Ce qui nous envoie une énergie par m^2 au niveau de la Terre que l'on peut calculer :
puissance totale / surface = 3.98 x 10^26 / ( pi x (3 x 10^11)^2 ) = 39'800 / ( pi x 9 ) = 1407 watts / m^2
et pour la surface terrestre, projetée sur un cercle du rayon terrestre:
1407 x pi x (12 x 10 ^ 6) ^2 = 6.36 x 10 ^17 watts ou 6.36 x 10 ^8 GW . , soit environ 40'000 fois
Les besoins humains en énergie n'exédant pas 2000 watts par habitant > 8 x 10 ^9 x 2000 = 16 x 10 ^12 watts

Ph. B.
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Re: [News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par Ph. B. » 30/08/2014 - 14:03:53

Bonjour,
hubble a écrit :je suppose qu'il faut comprendre 3.98 x 10 ^ 26 watts (10 puissance 26) pour la puissance totale du Soleil, qu'on peut aussi obtenir de manière approximative par la perte de masse de 4 millions de tonnes par secondes , ou selon la formule E=mc^2 :
4 x 10^9 x (3 x 10^8)^2 = 3.6 x 10 ^26 watts .

Ce qui nous envoie une énergie par m^2 au niveau de la Terre que l'on peut calculer :
puissance totale / surface = 3.98 x 10^26 / ( pi x (3 x 10^11)^2 ) = 39'800 / ( pi x 9 ) = 1407 watts / m^2
et pour la surface terrestre, projetée sur un cercle du rayon terrestre:
1407 x pi x (12 x 10 ^ 6) ^2 = 6.36 x 10 ^17 watts ou 6.36 x 10 ^8 GW . , soit environ 40'000 fois
Les besoins humains en énergie n'exédant pas 2000 watts par habitant > 8 x 10 ^9 x 2000 = 16 x 10 ^12 watts
Puisaance totale produite ou puissance rayonnée vers la Terre ? :_grat2:
Car ce n'est pas la même valeur...

L'article est ambigu...
--
Philippe.

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bongo1981
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Re: [News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par bongo1981 » 31/08/2014 - 13:16:20

hubble a écrit :Ce qui nous envoie une énergie par m^2 au niveau de la Terre que l'on peut calculer :
puissance totale / surface = 3.98 x 10^26 / ( pi x (3 x 10^11)^2 ) = 39'800 / ( pi x 9 ) = 1407 watts / m^2
Il ne manquerait pas un facteur 4 dans l'aire de la sphère ?
hubble a écrit :et pour la surface terrestre, projetée sur un cercle du rayon terrestre:
1407 x pi x (12 x 10 ^ 6) ^2 = 6.36 x 10 ^17 watts ou 6.36 x 10 ^8 GW . , soit environ 40'000 fois
Les besoins humains en énergie n'exédant pas 2000 watts par habitant > 8 x 10 ^9 x 2000 = 16 x 10 ^12 watts
Oui mais, le rayon de la terre est 6370 km et non 12 000 km...
Donc le facteur 4 oublié, se compense ici.


Juste pour un petit rappel, la chaîne proton-proton (ou p-p pour les intimes) se décline de la façon suivante :
p + p -> D + positron + neutrino
Cette réaction est très lente, en raison de l'interaction faible qui intervient. Ce sont ces neutrinos qui sont détectés par Borexino.

Ensuite, le deutérium rencontre très rapidement un proton donnant de l'hélium 3 :
D + p -> He3 + photon gamma

Ensuite deux noyaux d'hélium 3 peuvent se rencontrer pour donner de l'hélium 4 :
He3 + He3 -> He4 + 2 proton + photon gamma

(pour des étoiles plus grosses d'autres types de réactions peuvent intervenir la chaîne pp2 ou pp3, en fait c'est un mélange des 3 qui intervient, même dans le soleil où la production d'énergie se fait majoritairement par la chaîne pp1).

Ph.B oui c'est ambigu, je pense que c'est la puissance rayonnée sous forme lumineuse.
L'autre partie (sous forme de neutrinos) n'est probablement pas comptabilisée. (il y a d'autres formes d'énergie rayonnée mais encore plus marginale ? vent solaire etc... ?)

Bap2703
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Re: [News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par Bap2703 » 31/08/2014 - 13:31:52

Ph. B. a écrit : Puisaance totale produite ou puissance rayonnée vers la Terre ? :_grat2:
Car ce n'est pas la même valeur...

L'article est ambigu...
--
Philippe.
Y a pas d’ambiguïté : toute la puissance au niveau du soleil est rayonnée vers l'extérieur. Seule la densité du flux varie avec la distance par rapport au soleil, mais qu'on soit sur Terre ou sur Pluton le flux total est le même (à quelques pouillèmes dus à la production d'énergie propre aux planètes)

Ph. B.
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Re: [News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par Ph. B. » 02/09/2014 - 18:53:41

Bap2703 a écrit :
Ph. B. a écrit : Puisaance totale produite ou puissance rayonnée vers la Terre ? :_grat2:
Car ce n'est pas la même valeur...

L'article est ambigu...
--
Philippe.
Y a pas d’ambiguïté : toute la puissance au niveau du soleil est rayonnée vers l'extérieur. Seule la densité du flux varie avec la distance par rapport au soleil, mais qu'on soit sur Terre ou sur Pluton le flux total est le même (à quelques pouillèmes dus à la production d'énergie propre aux planètes)
Donc sur Terre, on reçoit toute la puissance rayonnée par le Soleil ? Donc le Soleil concentre tous ses rayonnements vers la Terre et dans aucune autre direction ? :houla: :heink: :pet:
Je ne savais pas... :lol2:
--
Philippe.

kace
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Re: [News] Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Message par kace » 02/09/2014 - 19:55:26

Ph. B. a écrit :
Bap2703 a écrit :
Ph. B. a écrit : Puisaance totale produite ou puissance rayonnée vers la Terre ? :_grat2:
Car ce n'est pas la même valeur...

L'article est ambigu...
--
Philippe.
Y a pas d’ambiguïté : toute la puissance au niveau du soleil est rayonnée vers l'extérieur. Seule la densité du flux varie avec la distance par rapport au soleil, mais qu'on soit sur Terre ou sur Pluton le flux total est le même (à quelques pouillèmes dus à la production d'énergie propre aux planètes)
Donc sur Terre, on reçoit toute la puissance rayonnée par le Soleil ? Donc le Soleil concentre tous ses rayonnements vers la Terre et dans aucune autre direction ? :houla: :heink: :pet:
Je ne savais pas... :lol2:
--
Philippe.
Ph.b, ne fais pas exprès de pas comprendre ;-).
Leurs réponses sont très claires, avec :
- le calcul de la puissance totale émise par le Soleil
- celui de la puissance reçue par la Terre (la quote-part de surface de la Terre par rapport à la surface de la sphère de 150M de km centrée sur le Soleil)
- celui de la puissance au m2 sur Terre, à ~1400W/m2
Où as-tu vu que "la Terre reçoit toute la puissance du Soleil" ???

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