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Du grec " atomos "
Le mot atome vient du grec "atomos" signifiant "qui ne
peut être coupé". En réalité l'atome n'est pas le constituant
ultime et indivisible de la matière : il est lui-même
un assemblage de particules infiniment plus petites |
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Comment l'atome est-il structuré ?
Tous les atomes sont bâtis selon une structure
identique : Un noyau, formé de protons et de neutrons autour duquel
gravitent des électrons.
Représentation schématique d'un atome
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Avec les particules lourdes que sont les
protons et les neutrons, le noyau concentre presque toute la masse
de l'atome. Ce noyau est de 10 00 à 100 000 fois plus petit que l'ensemble
de l'atome avec son nuage d'électrons : entre le noyau et les électrons
: le vide.
Dans chaque atome, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons
contenus dans le noyau. L'électron étant chargé d'électricité négative
et le proton d'autant d'électricité positive, ces charges s'annulent,
ce qui rend l'atome électriquement neutre.
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Du Latin "nucleus"…
Nucléaire vient du latin "nucleus" qui signifie noyau.
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Infiniment petits….et lourds
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La taille d'un atome est de
l'ordre de un dix millionième de millimètre |
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A chaque inspiration,
nous en absorbons environ vingt cinq mille milliards
de milliards. |
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Si l'on entassait
les constituants des noyaux atomiques, protons et
neutrons, dans 1 cm3, sans laisser d'espace vide,
ce cube pèserait environ 100 millions de tonnes. |
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92 types d'atomes différents
Si les atomes ont tous une structure identique,
ils se différencient par le nombre de particules - protons, neutrons
et électrons - qu'ils contiennent. Il existe ainsi, dans la nature,
92 types d'atomes différents (auxquels s'ajoutent 19 autres types
d'atomes, créés ou recréés artificiellement).
Ces atomes aux propriétés différentes constituent les éléments chimiques,
correspondant aux 92 corps élémentaires qui forment la matière de
l'univers : hydrogène, carbone, oxygène, sodium, chlore, cuivre, argent,
plomb, uranium etc.
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Ce que l'on appelle les isotopes…
Tout en ayant le même nombre de protons et d'électrons, les atomes
d'un même élément chimique peuvent comporter un nombre différent de
neutrons : ainsi, par exemple, les atomes de l'élément chimique uranium
ont toujours 92 protons et 92 électrons mais peuvent comporter 142,143
ou 146 neutrons.
Ces variétés, à l'intérieur d'un même élément chimique, sont appelées
"isotopes " (du grec "iso" signifiant identique).
Ainsi l'élément uranium peut correspondre soit à un atome d'Uranium
234 ( = 92 protons + 142 neutrons) soit à un atome d'Uranium 235 (
92 protons + 143 neutrons), soit à un atome d'Uranium 238 ( 92 protons
+ 146 neutrons).
Ces isotopes ont les mêmes propriétés chimiques mais leurs propriétés
physiques sont différentes. En ce qui concerne l'Uranium, il faut
souligner par exemple que seul l'isotope Uranium 235 est susceptible
de subir le phénomène de fission (voir paragraphe suivant).
Au total, dans la nature, les 92 types d'atomes existants se déclinent
en 325 isotopes.
(On peut par ailleurs créer artificiellement d'autres isotopes, pour
les besoins de la médecine, de la recherche ou de l'industrie).
Fission et réaction nucléaire
Parmi les atomes présents dans la nature, l'atome d'Uranium 235 possède
une propriété particulière : son noyau peut se briser en deux fragments
sous l'impact d'un neutron. On dit qu'il subit une fission. L'énergie
de liaison , qui assure la cohésion des protons et des neutrons au
sein du noyau, se trouve ainsi libérée. La libération de cette énergie
nucléaire se traduit par un dégagement de chaleur.
Fission
: sous l'impact d'un neutron (1) le noyau d'uranium (2) se scinde
en deux fragments (3) et libère deux ou trois neutrons (4).
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En se brisant, le noyau de l'atome d'Uranium 235
expulse deux ou trois neutrons. Ceux ci pourront à leur tour aller
briser d'autres noyaux qui expulseront d'autres neutrons…et ainsi
de suite, dans une réaction en chaîne capable de dégager de grandes
quantités d'énergie et de chaleur.
C'est grâce à la chaleur ainsi produite que les centrales nucléaires
fabriquent l'électricité.
Représentation
schématique de la réaction en chaîne.
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1 gramme d'Uranium 235…
fournit autant d'énergie que le combustible de 2,4 tonnes
de charbon ou 1,6 tonne de pétrole. |
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Des atomes fissiles en quantité suffisante
et agencés selon une géométrie particulière peuvent donner lieu
à une réaction en chaîne se propageant si rapidement qu'elle conduit
à une réaction explosive. C'est le cas des engins militaires. Dans
les centrales nucléaires, la proportion beaucoup plus faible de
matière fissile rend impossible toute réaction explosive ; des dispositifs
de régulation appropriés permettent de contrôler la réaction en
chaîne et d'obtenir un dégagement d'énergie continu et prédéterminé.
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Le plutonium
aussi…
Engendré principalement lors de la fission de l'uranium,
le plutonium est lui aussi capable de fission et de réaction
en chaîne.
Comme l'uranium il peut être utilisé en tant que source
de production d'énergie. |
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La fusion
La fusion est l'autre forme de libération de
l'énergie nucléaire. A l'inverse de la fission, qui désigne la cassure
d'un noyau atomique lourd, la fusion correspond à l'agglomération
de deux noyaux légers, se fondant l'un dans l'autre pour former
un noyau plus lourd. C'est ce type de réaction, provoqué par l'agitation
thermique des atomes portés à très haute température, qui alimente
la vie de notre soleil et de toutes les étoiles de l'univers. L'énergie
et la chaleur dégagées sont considérables.
Les engins militaires dits "thermonucléaires"
réalisent la fusion quasi instantanée de noyaux d'hydrogène dans
une réaction explosive. Des recherches sont en cours pour tenter
de maîtriser l'énergie de fusion dans une réaction contrôlée, la
chaleur récupérée devant permettre de produire de l'électricité.
Le combustible utilisé, l'hydrogène, étant disponible sur terre
en quantités pratiquement illimitées, cela permettrait de résoudre
définitivement les problèmes d'approvisionnement du monde en électricité.
Mais la maîtrise de la fusion pose d'énormes problèmes technologiques
et la faisabilité d'un tel projet reste à démontrer.
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Fusion : deux noyaux
légers s'agglomèrent
pour former un noyau plus lourd
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Le potentiel énergétique de la
fusion…
…est encore supérieur à celui, déjà
très élevé, de la fission. Par exemple,
l'énergie dégagée par la fusion d'un
gramme d'hydrogène (deuterium + tritium) équivaut
à la combustion de 10 tonnes de pétrole.
L'énergie des étoiles…
Les étoiles, comme notre soleil, sont de gigantesques
réacteurs nucléaires tirant leur énergie de la fusion
des atomes qui les constituent. |
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