Fusion et fission, d'où vient l'énergie?

[invitef8661968]

Bonsoir!

Alors voilà je me pose des questions sur ce sujet :
http://forums.futura-sciences.com/ra...-lenergie.html

mais comme on ne peut plus y répondre j'en crée un nouveau!
Mes questions sont en rapport avec la réponse (...) de A. Bouquet.

"ils en libèrent en se collant: c'est l'énergie libérée par la fusion." Je ne vois pas bien comment ça se passe physiquement! Parce que quand il fusionne, une partie de leur masse se transforme en énergie de liaison forte, ça ok. Mais d'où vient alors l'énergie libérée si elle ne vient pas de ce phénomène qui engendre le défaut de masse?? Comme il me semble qu'il ne reste que la forte électromagnétique j'imagine que c'est elle qui provoque la libération d'énergie, mais je sais pas si cette force est assez forte pour expliquer l'énormité d'énergie libérée!

"L'énergie de liaison augmente de moins en moins" si on augmente le nombre de proton dedans c'est ça?

"il arrive un moment où briser en 2 un noyau libère une partie de son énergie de liaison" ce que je ne comprends pas c'est que pour le briser, d'après mon cours, il faut lui apporter son énergie de liaison pour ce briser. Mais si on fait ça, pour que la réaction soit rentable (centrale électrique) il faut que l'énergie émise soit supérieur à l'énergie de liaison, or si "2 un noyau libère une partie de son énergie de liaison", bah c'est forcement moins que l'énergie de liaison complète et donc ça marche pas....
Et si au lieu d'une partie de cette énergie de liaison émise on dit comme je le pensais que c'était la force répulsive électromagnétique qui entrainait dans ce cas cette émission d'énergie, et bah comme cette force est moins forte que la forte (^^), et qu'il faut envoyer l'énergie de liaison (qui correspond à l'énergie de la force forte) pour faire une fission, et bah encore une fois y a un problème: la réaction n'est pas rentable! Et comme en réalité elle l'est, ce n'est toujours pas ça!!

Bilan : je ne comprends pas d'où viennent toutes ces énergie, et si vous pouviez m'expliquer ce serait vraiment sympa! Surtout que j'ai le bac bientôt !! (même si connaitre le sens physique de nos calculs ne sert quasiment pas au bac^^) .

Merci d'avance pour vos réponse et bonne soirée!!!!
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[curieuxdenature]

Bonjour AimericB

les réactions de fusion ou de fission respecte autant le principe de conservation de l'énergie que n'importe quel processus physique à notre échelle.

Si tu veux une image simple et accessible, imagine le bilan dans un processus comme celui-là:

tu es au bas d'un flanc de volcan (éteint) au sommet duquel il y a un puits très profond, bien plus profond que la hauteur apparente du mont.
Si tu calcules l'énergie à dépenser pour monter une grosse boule en la roulant jusqu'en haut, tu imagines l'énergie récupérée quand la boule tombe dans le puits...
Fais la différence et tu obtiens un gain assez appréciable par rapport à ton effort initial.

Pour la fusion c'est similaire, il faut fournir un effort pour monter le noyau jusqu'au sommet répulsif et une fois vaincu on récupère l'énergie de liaison réelle qui est bien plus grande que l'énergie de répulsion.

Par ailleurs, dans une réaction chimique exothermique tu as le même topo, on casse des liaisons faibles, la réaction de liaison appropriée s'amorce et l'énergie de liaison est dégagée pour peu que les conditions soient réunies.
En chimie aussi certaines liaisons sont endothermiques, ce qui fait que certains composés n'existent pas naturellement, il faut les fabriquer.
Idem pour certains atomes, ils n'existent pas (ou plus) naturellement mais on sait les fabriquer.

Tu vois, pas de miracles, rien que de la conservation d'énergie par transformation réversible du 'potentiel' vers le 'cinétique'.

[Gilgamesh]

repost :

Tous les noyaux sont formé d'élements, neutrons et protons, plus ou moins fortement liés.

Un noyau mieux lié, c'est un noyau qui a moins d'énergie qu'avant. Quand un noyau faiblement liés se transforme pour former un ou plusieurs noyaux plus fortement liés, il y a émission d'énergie correspondant à cet écart. De même si on prend deux masses superposée qui compriment un ressort elles contiennent l'énergie correspondant à la compression du ressort. Si je libère le ressort, les deux masses vont être désormais mieux liées car la force du ressort avait tendance à les écarter, et elles ont pour cette raison perdu de l'énergie : le ressort a fait "dzoing !" et a libéré son énergie dans l'atmosphère.

La carte des énergies de liaison en fonction du nombre de nucléons, ou courbe d'Aston, est comme ça :



Comme tu peux le voir, c'est une pente d'abord très raide par la gauche, qui tend vers une vallée assez plate et qui remonte ensuite doucement vers la droite.

La forte pente à gauche, c'est la pente de la fusion. Deux noyaux légers formant un noyau plus lourds font progresser vers la droite, vers la "vallée de 60" où l'énergie de liaison est minimale. Comme la pente est raide et vient de haut, le dégagement d'énergie est maximal. Et à droite c'est la pente de la fission : chaque noyau individuel, si on le fractionne, donne plusieurs fragments plus stables, plus proches des 60 en moyenne. L'énergie dégagée est moins grande, mais cette voie est plus facile d'accès au plan technologique car la fusion nécessite de lutter contre la répulsion électrique des noyaux, tous chargés positivement. On peut donc fissionner à froid et à des densités modérées, tandis que la fusion demande l'atteinte de très haute température.

a+

[invité576543]

Un autre axe de réponse.

Il me semble que l'une des questions est pourquoi la création d'un système lié libère de l'énergie.

Faisons un parallèle avec la gravitation. Prenons deux astres très loin l'un de l'autre, originellement à vitesse nulle, et se dirigeant l'un vers l'autre.

Le mouvement s'accélère, à cause de l'attraction gravitationnelle. Au moment où ils passeront au plus près, leur vitesse relative sera énorme, et ils continueront leur chemin en s'éloignant. Cela ne forme pas un système lié.

Maintenant imaginons un mécanisme quelconque, genre "frottement", qui transforme une partie de leur énergie cinétique mutuelle en chaleur puis en rayonnement. Ce rayonnement va être évacué, il y a "libération d'énergie". Cette énergie est à l'origine simplement l'énergie potentielle de gravitation mutuelle.

Supposons enfin que le ralentissement ait été exactement ce qu'il fallait pour que les astres se mettent en orbite l'un autour de l'autre. On obtient d'un côté un système lié (les deux astres en orbite l'un autour de l'autre) et d'autre part de l'énergie a été libérée. Cette énergie est l'énergie de liaison, c'est l'énergie qu'il a fallu évacuer pour créer un système lié.

En résumé, un système libre "contient" plus d'énergie (ici l'énergie potentielle de gravitation) que les mêmes composants liés. Le surplus est l'énergie de liaison et est évacuée lors de la création de la liaison.

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L'énergie libérée lors de la fusion de deux protons répond au même schéma, la différence étant que la gravitation est remplacée par l'interaction nucléaire forte (et qu'il faut prendre en compte l'interaction électrique en plus). L'énergie évacuée (l'énergie de liaison) est le surplus de potentiel qu'avait le système de deux protons libres l'un de l'autre par rapport au système lié qu'est le deutéron.

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite40fcd3ed]

Je suis également en terminale S et je me pose la même question...
Pour moi, il me semble que l'énergie dégagée lors d'une fusion ou fission correspond au travail de l'énergie de liaison pour former les nouveaux noyaux.
Lors d'une fusion par exemple, 2 noyaux légers fusionnent (ils se rentrent dedans à très grande vitesse, et c'est cette énergie cinétique qui permet de les fusionner) pour former un noyau plus stable, avec donc une énergie de liaison plus forte par nucléon. Cette El doit lutter contre l'énergie électromagnétique, et doit donc fournir un travail pour rapprocher et souder les nucléons. Cette énergie est plus forte que la somme des énergies des deux éléments légers, d'où la perte de masse.Cette El est également supérieure à l'énergie nécessaire pour les faire se rentrer dedans.
une fois le noyau formé, l'El cesse de travailler, car le noyau est stable.
Il en est de même lors d'une fission sauf qu'il s'agit de l'El de 2 noyaux. L'énergie pour séparer un noyau en 2 est engendrée par l'envoi d'un proton à très grande vitesse.

Bon bref, il se peut également que je sois complétement à coté de la plaque

[curieuxdenature]

Il en est de même lors d'une fission sauf qu'il s'agit de l'El de 2 noyaux. L'énergie pour séparer un noyau en 2 est engendrée par l'envoi d'un proton à très grande vitesse.

Bon bref, il se peut également que je sois complétement à coté de la plaque

Bonjour scstjo84

c'est possible mais c'est un cas particulier.
Pour la fission du noyau de l'U235 par exemple on a un cas de figure fort différent.
D'abord on compte l'énergie de liaison par nucléon de L'U235
Ensuite on compte celle de l'U236 (il a absorbé un neutron thermique, donc sans énergie cinétique)
Le constat est que la différence d'énergie est d'environ 6.545 MeV, libérée.
Que se passe-t-il alors ?
Le noyau nouvellement fabriqué commence à se débattre et se comporte comme une goutte liquide qui tend à se séparer comme par étranglement dans son milieu (entre autres).

L'énergie nécessaire pour parvenir à une séparation est une caractéristique de chaque atome, et dans le cas de l'U236, sa barrière de fission est d'environ 5.67 MeV, le bilan est simple:
+6.545 - 5.67 ça nous donne un excédent largement suffisant pour que le noyau se casse.
Avec les résultats qu'on connait, c'est à dire une centaine de possibilités qui s'étalent autour d'un axe privilégié, ₅₄Xe¹⁴⁰ + ₃₈Sr⁹⁶ par exemple, en libérant plus de 170 MeV.