Réaction nucléaire - Définition

Bibliographie

• Applied Reactor Physics. Alain Hébert, Presses internationales Polytechnique, 2009.

Le Soleil

Le Soleil est un énorme réacteur thermonucléaire auto-entretenu. Pour l'instant, aucune dérive n'est à craindre, cette réaction explosive est contenue par la force gravitationnelle. Regardons ce qui ce passe au sein du Soleil pour comprendre ce qu'est une réaction nucléaire.

• Il existe deux types de réactions, la fission et la fusion, la fission consiste à séparer le noyau de l'atome (séparer les protons et les neutrons entre eux) et la fusion est le fait d'associer deux noyaux pour former un nouveau noyau. Tous les éléments sont formés ainsi : à l'origine de l'Univers, il n'y avait que de l'hydrogène (et une faible partie d'hélium) mais les réactions au cœur des étoiles forment tous les autres éléments jusqu'au fer, les éléments plus lourds sont formés par un autre procédé, principalement au cours de l'explosion des supernovas.
• Sachez que la fusion produit beaucoup plus d'énergie. Les premières bombes nucléaires fissionnaient des atomes d'uranium ou de plutonium ; mais aujourd'hui les bombes nucléaires fusionnent des atomes hydrogène (ou plutôt ses isotopes lourds), ce sont les bombes H. Ces bombes sont beaucoup plus puissantes et destructrices. Elles peuvent incorporer aussi bien plus de réactifs que les bombes à fission.
• Dans le Soleil, du fait des très hautes températures qui y règnent, les particules sont très agitées et possèdent énormément d'énergie cinétique (vitesse). Du fait de la grande vitesse des atomes, les atomes ne peuvent exister sous forme normale car les électrons refusent de « graviter » autour.
  → Imaginez que la Terre est le noyau et que la Lune est un électron ; si la Terre se mettait à « vibrer » (soyez imaginatif) elle augmenterait son énergie cinétique par rapport à la Lune. Plus ces vibrations deviendraient fortes, plus l'orbite de la Lune serait déformée. Après une amplitude limite, la Lune ne pourra plus tourner autour, on dira donc que la Terre est « ionisée ».
• Bien qu'ils se dirigent les uns vers les autres, les noyaux ne s'entrechoquent pas car la force électromagnétique les repousse (les noyaux sont tous positifs). Mais si on augmente la température, les noyaux gagnent de la vitesse et lors des chocs, ils se rapprochent toujours de plus en plus, jusqu'à ce que les noyaux entrent en contact et que la force nucléaire forte prenne le relai, mais comme elle est des milliers de fois plus puissante que la force électromagnétique, les noyaux se lient entre eux et forment un seul noyau.
• La propriété remarquable de cette réaction réside dans le fait que la masse du noyau est légèrement inférieure à la somme des masses des deux protons du début de la réaction. La réaction nucléaire de fusion s'accompagne donc d'une perte de masse. (Mais fondamentalement c'est la même chose pour les réactions chimiques, ainsi que toute autre manifestation énergétique.)
• Or, Einstein montra par la théorie de la relativité que la masse peut se transformer en énergie et que l'énergie peut se transformer en masse selon la célèbre formule E = MC² qui énonce que l'énergie est égale au produit de la masse par le carré de la célérité. La perte de masse de la réaction citée plus haut correspond à une libération d'énergie. C'est ainsi qu'en transformant une fraction de sa masse que le Soleil trouve les ressources qui lui sont nécessaires. Cette méthode est beaucoup plus efficace que les réactions chimiques ou la contraction Kelvin-Helmholtz. Elle permet à une étoile comme la nôtre de briller pendant plus de 10 milliards d'années.