Désolation : L’énergie solaire est 100 % nucléaire !
C’est une réalité scientifique incontournable et qui vient de recevoir une
démonstration flagrante !
Vont-ils parvenir à exiger qu’on éteigne notre étoile ?
Il est né il y a 4,6 milliards d’années de l’accumulation de matière
gazeuse en divagation. Notre soleil est pourtant la source de toute vie et de
presque toute énergie sur terre.
Ce n’est pas comme notre eau : Notre planète en a reçu une certaine quantité qui prend différentes formes, mais depuis lors, elle n’a jamais été réduite ni même augmentée.
Alors que notre étoile est un gigantesque réacteur à fusion nucléaire qui assemble des atomes d’hydrogène pour en faire des atomes d’hélium s’épuise à nous éclairer.
Il en assemble 600 tonnes par seconde à une température de 15 millions de degrés Celsius.
Ce qui nous apporte en permanence 1.360 watts par mètre carré, soit une puissance totale de 3,8 x 1026 watts.
Notre étoile est une gigantesque boule de gaz (2×1033 grammes) composée essentiellement d’hydrogène (75 %) et d’hélium (24 %), avec environ 1 % d’éléments lourds (oxygène, carbone, fer…).
Dès la fin du XIXème siècle, de premières idées sont avancées
pour expliquer son fonctionnement comme, par exemple, la transformation
d’énergie gravitationnelle en chaleur. Mais celle-ci n’aurait pas permis à
notre étoile de briller plus de quelques dizaines de millions d’années.
En 1919, avec les débuts de la physique nucléaire, Jean Perrin spécule sur la transformation d’hydrogène en hélium, sans élaborer une théorie d’ensemble.
Peu après, Arthur Eddington comprend qu’au cours de cette transformation la différence de masse entre quatre noyaux d’hydrogène et un noyau d’hélium libère l’énergie qui permettrait au Soleil et aux étoiles de vivre très longtemps.
Mais les calculs qui le confirmeront prendront du temps.
Il faudra attendre 1938 et les travaux pionniers de Hans Bethe et Carl von
Weiszacker pour comprendre que ce sont des cycles compliqués de réactions
nucléaires qui sont à l’œuvre au cœur des étoiles, tous basés sur la fusion de
quatre atomes d’hydrogène en un atome d’hélium (une réaction différente des
réactions exploitées dans nos centrales nucléaires, hors ITER, puisqu’il s’agit
ici de fusion et non de fission).
Cette fusion crée une toute petite quantité d’énergie, 26,7 mégaélectronvolts, soit quelques millionièmes de millionième de Joule ou un milliardième de milliardième de kilowattheure.
En d’autres termes, il faut transformer une quantité phénoménale d’hydrogène en hélium pour atteindre la puissance du Soleil.
Tout commence par la fusion entre deux protons (deux noyaux d’hydrogène)
au cœur du Soleil, où la température est, rappelle-t-on, de 15 millions de
degrés Celsius. Il s’ensuit une série de réactions secondaires qui aboutissent
à la formation d’hélium-4. Mais comment prouver la réalité de ces mécanismes au
cœur du Soleil ?
Nous avons la chance d’avoir des témoins directs, les neutrinos, qui sont émis dans plusieurs des réactions nucléaires en jeu.
Huit minutes après avoir été produits, les neutrinos solaires arrivent jusqu’à nous à la vitesse de la lumière, après avoir traversé le Soleil en deux secondes – alors que l’énergie dégagée par ces mêmes réactions nucléaires mettra en moyenne près de 200.000 ans pour nous parvenir à travers le dense plasma !
La lumière que vous recevez est née il y a 200.000 ans au sein du soleil, piégée jusque-là par les mouvements de convection magnétique, quantique et gravitationnelle.
Les neutrinos, eux, sont donc un moyen privilégié de savoir en direct ce qui se passe au cœur de notre étoile.
Mais il n’est pas facile de les observer sur la Terre, car ils ont la faculté de traverser de grandes quantités de matière sans interagir.
Au début des années 60, l’astrophysicien John Bahcall et le chimiste Ray
Davis se lancent dans la détection des neutrinos solaires. Une expérience
radiochimique où les neutrinos transforment un atome de chlore-37 en argon-37
est mise en œuvre dans la mine de Homestake dans le Dakota du Sud, aux
États-Unis.
Les premiers résultats, en 1968, montrent un déficit d’un facteur 3 des neutrinos observés par rapport aux prédictions des modèles du Soleil.
Ce mystère n’a été expliqué qu’en 2001 : L’expérience « SNO », conduite par Art McDonald, prix Nobel de physique 2015, a montré que les neutrinos solaires n’avaient pas disparu, mais que, produits comme des neutrinos « électroniques », ils s’étaient en partie transformés en neutrinos « muoniques » ou neutrinos « tauiques » et n’étaient donc pas comptés dans la bonne colonne.
Ce n’est qu’en 2014 que les neutrinos issus de la fusion entre deux
protons au cœur du Soleil ont été observés directement, grâce à l’expérience
Borexino.
Borexino a également détecté les neutrinos provenant des réactions secondaires (la réaction proton-électron-proton, la capture électronique du béryllium-7 et la désintégration du bore-8).
Une des énigmes de la physique du Soleil mesurée seulement en 2020…
Si ces expériences permettaient déjà de savoir que 99 % de l’énergie émise par le Soleil provient des réactions nucléaires en son cœur, il restait à mesurer le 1 % restant, c’est-à-dire la composante dite « CNO » des neutrinos solaires.
La réaction « CNO », pour « Carbone-Azote-Oxygène », est un autre moyen de fabriquer de l’hélium à partir de l’hydrogène, où le carbone, l’azote et l’oxygène jouent le rôle de catalyseurs.
Ce cycle « CNO » n’est responsable que d’environ 1 % de la production d’énergie du Soleil, mais il joue un rôle crucial en astrophysique nucléaire puisqu’il est dominant dans les étoiles plus massives que notre Soleil.
Les neutrinos émis par le cycle « CNO » ayant été observés pour la première fois en juin 2020 par Borexino, ils confirment ainsi après plus de 80 ans les prédictions de Bethe et Weiszacker : L’énergie du Soleil est bien 100 % nucléaire !
De plus, l’intérêt des neutrinos « CNO » est que ce sont la
seule sonde qui permet de retracer la composition chimique du Soleil au moment
de sa formation, car le flux de neutrinos « CNO » dépend directement
de la composition du noyau solaire.
La composition « métallique » du noyau (son contenu en éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium) était l’une des principales énigmes de la physique du Soleil jusqu’à aujourd’hui.
En effet, alors que les mesures de la métallicité de la couche externe de l’atmosphère solaire (la photosphère) sont compatibles avec les modèles de faible métallicité du noyau, les données d’héliosismologie (la science qui étudie les modes de vibration du Soleil) indiquent une forte métallicité.
Afin d’atteindre la sensibilité requise pour cette mesure, Borexino a été
installé dans un laboratoire souterrain mille mètres sous la montagne du Gran
Sasso en Italie, pour s’abriter de sources parasites qui miment les
interactions de neutrinos qui nous intéressent réellement.
Le détecteur est un peu comme une poupée russe : Il est constitué d’une sphère métallique de 13,7 mètres de diamètre entourée de 2.000 tonnes d’eau.
Cette sphère est elle-même remplie de 900 tonnes de liquide non scintillant qui entoure la cible centrale, une sphère en nylon qui contient 300 tonnes de liquide scintillant, le « pseudocumène ».
Les neutrinos interagissent avec les électrons de la cible, qui vont parcourir quelques centimètres (longueur proportionnelle à l’énergie) en émettant de la lumière qui sera recueillie par les 2.200 photomultiplicateurs disposés tout autour de la sphère métallique.
Un beau joujou…
Pour illustrer la faiblesse de l’interaction des neutrinos, observons que
1,5 x 1021 (1,5 millier de milliards de milliards) neutrinos
solaires traversent chaque jour le détecteur et que seulement 150 sont capturés
en émettant un petit signal lumineux.
Le challenge était d’isoler ce petit nombre de signaux de tous les signaux parasites (radioactivité naturelle, rayons cosmiques).
Un des exploits de Borexino a été d’obtenir une cible très purifiée en uranium et en thorium (un milliard de fois moins que dans un verre d’eau pure).
L’analyse nécessite ensuite une compréhension détaillée des phénomènes physiques liés au signal attendu, mais aussi aux signaux parasites qu’il faut soustraire.
Et le résultat de 2020 a été rendu possible grâce au travail de toute une collaboration, en particulier au groupe d’ingénieurs et de physiciens qui a réussi à stabiliser toutes les composantes du détecteur (stabilité du très faible niveau de radioactivité et stabilité thermique), au groupe de physiciens qui a mis en œuvre des outils d’analyse performants et innovants capables d’isoler un signal de quelques signaux par jour au milieu de milliers de bruits lumineux divers.
Malheureusement, la précision de la mesure ne permet pas encore de trancher entre les deux options de la métallicité
Dès lors, au-delà de la confirmation de l’origine 100 % nucléaire de
l’énergie du Soleil et de toutes les étoiles, il faudra un jour mesurer avec
une meilleure précision l’ensemble des composantes de cycle « CNO »
pour résoudre l’énigme de la métallicité de notre étoile.
Je ne le verrais sans doute pas.
Vous non plus si les « écololos-bobos » décident de décider d’éteindre le Soleil !
Ce qui vous paraît débile et impossible puisqu’ils vantent à tous les vents (Éole étant également un fils du Soleil) les mérites de l’énergie solaire… qui est nucléaire à 100 % !
C’est pourtant un élément de définition du progrès d’une civilisation avancée proposée par Nikolai Kardashev (1932-2019) : La phase deux de celles qui maîtrisent toute l’énergie de leur étoile !
(Cf.I-Cube (l'exilé): Science et science-fiction (flibustier20260.blogspot.com))
L’équinoxe a eu lieu hier : Aujourd’hui c’est officiellement le
printemps !
Alors profitez-en toutes et tous !
I3
Vont-ils parvenir à exiger qu’on éteigne notre étoile ?
Ce n’est pas comme notre eau : Notre planète en a reçu une certaine quantité qui prend différentes formes, mais depuis lors, elle n’a jamais été réduite ni même augmentée.
Alors que notre étoile est un gigantesque réacteur à fusion nucléaire qui assemble des atomes d’hydrogène pour en faire des atomes d’hélium s’épuise à nous éclairer.
Il en assemble 600 tonnes par seconde à une température de 15 millions de degrés Celsius.
Ce qui nous apporte en permanence 1.360 watts par mètre carré, soit une puissance totale de 3,8 x 1026 watts.
Notre étoile est une gigantesque boule de gaz (2×1033 grammes) composée essentiellement d’hydrogène (75 %) et d’hélium (24 %), avec environ 1 % d’éléments lourds (oxygène, carbone, fer…).
En 1919, avec les débuts de la physique nucléaire, Jean Perrin spécule sur la transformation d’hydrogène en hélium, sans élaborer une théorie d’ensemble.
Peu après, Arthur Eddington comprend qu’au cours de cette transformation la différence de masse entre quatre noyaux d’hydrogène et un noyau d’hélium libère l’énergie qui permettrait au Soleil et aux étoiles de vivre très longtemps.
Mais les calculs qui le confirmeront prendront du temps.
Cette fusion crée une toute petite quantité d’énergie, 26,7 mégaélectronvolts, soit quelques millionièmes de millionième de Joule ou un milliardième de milliardième de kilowattheure.
En d’autres termes, il faut transformer une quantité phénoménale d’hydrogène en hélium pour atteindre la puissance du Soleil.
Nous avons la chance d’avoir des témoins directs, les neutrinos, qui sont émis dans plusieurs des réactions nucléaires en jeu.
Huit minutes après avoir été produits, les neutrinos solaires arrivent jusqu’à nous à la vitesse de la lumière, après avoir traversé le Soleil en deux secondes – alors que l’énergie dégagée par ces mêmes réactions nucléaires mettra en moyenne près de 200.000 ans pour nous parvenir à travers le dense plasma !
La lumière que vous recevez est née il y a 200.000 ans au sein du soleil, piégée jusque-là par les mouvements de convection magnétique, quantique et gravitationnelle.
Les neutrinos, eux, sont donc un moyen privilégié de savoir en direct ce qui se passe au cœur de notre étoile.
Mais il n’est pas facile de les observer sur la Terre, car ils ont la faculté de traverser de grandes quantités de matière sans interagir.
Les premiers résultats, en 1968, montrent un déficit d’un facteur 3 des neutrinos observés par rapport aux prédictions des modèles du Soleil.
Ce mystère n’a été expliqué qu’en 2001 : L’expérience « SNO », conduite par Art McDonald, prix Nobel de physique 2015, a montré que les neutrinos solaires n’avaient pas disparu, mais que, produits comme des neutrinos « électroniques », ils s’étaient en partie transformés en neutrinos « muoniques » ou neutrinos « tauiques » et n’étaient donc pas comptés dans la bonne colonne.
Borexino a également détecté les neutrinos provenant des réactions secondaires (la réaction proton-électron-proton, la capture électronique du béryllium-7 et la désintégration du bore-8).
Une des énigmes de la physique du Soleil mesurée seulement en 2020…
Si ces expériences permettaient déjà de savoir que 99 % de l’énergie émise par le Soleil provient des réactions nucléaires en son cœur, il restait à mesurer le 1 % restant, c’est-à-dire la composante dite « CNO » des neutrinos solaires.
La réaction « CNO », pour « Carbone-Azote-Oxygène », est un autre moyen de fabriquer de l’hélium à partir de l’hydrogène, où le carbone, l’azote et l’oxygène jouent le rôle de catalyseurs.
Ce cycle « CNO » n’est responsable que d’environ 1 % de la production d’énergie du Soleil, mais il joue un rôle crucial en astrophysique nucléaire puisqu’il est dominant dans les étoiles plus massives que notre Soleil.
Les neutrinos émis par le cycle « CNO » ayant été observés pour la première fois en juin 2020 par Borexino, ils confirment ainsi après plus de 80 ans les prédictions de Bethe et Weiszacker : L’énergie du Soleil est bien 100 % nucléaire !
La composition « métallique » du noyau (son contenu en éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium) était l’une des principales énigmes de la physique du Soleil jusqu’à aujourd’hui.
En effet, alors que les mesures de la métallicité de la couche externe de l’atmosphère solaire (la photosphère) sont compatibles avec les modèles de faible métallicité du noyau, les données d’héliosismologie (la science qui étudie les modes de vibration du Soleil) indiquent une forte métallicité.
Le détecteur est un peu comme une poupée russe : Il est constitué d’une sphère métallique de 13,7 mètres de diamètre entourée de 2.000 tonnes d’eau.
Cette sphère est elle-même remplie de 900 tonnes de liquide non scintillant qui entoure la cible centrale, une sphère en nylon qui contient 300 tonnes de liquide scintillant, le « pseudocumène ».
Les neutrinos interagissent avec les électrons de la cible, qui vont parcourir quelques centimètres (longueur proportionnelle à l’énergie) en émettant de la lumière qui sera recueillie par les 2.200 photomultiplicateurs disposés tout autour de la sphère métallique.
Un beau joujou…
Le challenge était d’isoler ce petit nombre de signaux de tous les signaux parasites (radioactivité naturelle, rayons cosmiques).
Un des exploits de Borexino a été d’obtenir une cible très purifiée en uranium et en thorium (un milliard de fois moins que dans un verre d’eau pure).
L’analyse nécessite ensuite une compréhension détaillée des phénomènes physiques liés au signal attendu, mais aussi aux signaux parasites qu’il faut soustraire.
Et le résultat de 2020 a été rendu possible grâce au travail de toute une collaboration, en particulier au groupe d’ingénieurs et de physiciens qui a réussi à stabiliser toutes les composantes du détecteur (stabilité du très faible niveau de radioactivité et stabilité thermique), au groupe de physiciens qui a mis en œuvre des outils d’analyse performants et innovants capables d’isoler un signal de quelques signaux par jour au milieu de milliers de bruits lumineux divers.
Malheureusement, la précision de la mesure ne permet pas encore de trancher entre les deux options de la métallicité
Je ne le verrais sans doute pas.
Vous non plus si les « écololos-bobos » décident de décider d’éteindre le Soleil !
Ce qui vous paraît débile et impossible puisqu’ils vantent à tous les vents (Éole étant également un fils du Soleil) les mérites de l’énergie solaire… qui est nucléaire à 100 % !
C’est pourtant un élément de définition du progrès d’une civilisation avancée proposée par Nikolai Kardashev (1932-2019) : La phase deux de celles qui maîtrisent toute l’énergie de leur étoile !
(Cf.I-Cube (l'exilé): Science et science-fiction (flibustier20260.blogspot.com))
Alors profitez-en toutes et tous !
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