Hydrogène, hélium et deutérium nés du big bang... oui mais ?

[Lebleu34]

Bonjour,

Je me posais la question suivante : le moindre de nos atomes a été forgé dans des étoiles, à part les 3 gaz les plus légers... oui mais, ces gaz ne sont arrivés tels quels depuis le big bang non ?

Est-il possible que plusieurs d'entre eux (un peu, beaucoup ?) aient pu, peut-être à de multiples reprises, été transformés en d'autres atomes dans les étoiles avant d'être finalement redevenus des gaz légers plus tard ?

Et si oui, il y a t-il un moyen de dire approximativement quel pourcentage de ces gaz est arrivé sans jamais se transformer jusqu'ici ?

Merci d’avance pour vos lumières
-----

[Pio2001]

Bonjour Lebleu,
Le premier élément, l'hydrogène, est constitué d'un proton. Les réactions de fission nucléaire ne produisent pas de protons seuls, me semble-t-il. Par conséquent, l'ensemble de l'hydrogène date bien des premiers instants de l'univers, avant les premières étoiles, et est resté inchangé depuis lors.
L'hydrogène peut se combiner à d'autres éléments pour produire une grande variété de molécules, comme la molécule d'eau H2O (deux atomes d'hydrogène H et un atome d'oxygène O). L'eau peut par la suite à nouveau être dissociée en hydrogène et en oxygène. Mais si on suit l'histoire d'un atome d'hydrogène donné au cours de ses associations, on remontera toujours jusqu'au big bang.

Le second élément, l'hélium, peut avoir trois sources : la nucléosynthèse primordiale (big bang), les étoiles (qui transforment l'hydrogène en hélium dans leur coeur), et la radioactivité alpha, qui permet à l'uranium et au thorium de produire de l'hélium par fission nucléaire.
Dans l'univers, la majeure partie de l'hélium vient de la nucléosynthèse primordiale. Les étoiles n'en ont produit qu'une petite quantité par la suite.
Mais sur Terre, c'est différent, l'hélium primordial a depuis longtemps échappé à l'attraction terrestre (si toutefois il a jamais été présent), et l'hélium que l'on trouve sur Terre vient des gisements riches en uranium et en thorium, où il est continuellement régénéré.

Quant au lithium, il n'est pas produit par la radioactivité. En 2015, le cours d'Astrophysique de Comins indiquait qu'au moins 10% du lithium dans l'univers venait de la nucléosynthèse primordiale. Le reste était produit au coeur des étoiles.

Donc sur notre planète, nous avons :
Hydrogène : 100 % d'origine primordiale, premiers instants de l'univers.
Hélium : 100 % récent, produit par la désintégration continuelle de l'uranium et du thorium dans la croûte terrestre.
Lithium : au moins 10 % primordial, le reste, très ancien, vient des étoiles, avant la formation de la Terre.

Tout cela est valable au niveau atomique. L'hydrogène et le lithium peuvent se combiner à d'autres atomes et ainsi donner l'impression de se transformer en d'autres substances de façon passagère : eau, sucre, stéarate de lithium etc.
L'hélium est chimiquement inerte. Il ne se combine à rien d'autre et reste sous forme d'hélium.

[Lebleu34]

Bonjour Pio, meric pour cette réponse détaillée et limpide à la fois...

Avec des cotés inattendus et amusants (100% d'hydrogène primordial et 100% d'hélium récent sur terre)

Le lithium est un métal dont une partie est née du big bang, bein mince alors... pour moi c'est étonnant qu'un métal ait pu émerger du big bang
Je ne sais pas pourquoi j'étais persuadé que c'était le deutérium qui était le 3e élément né du big bang.

En tous cas, j'ai les réponses à mes questions... et plus encore, comme toujours ici,

[Gilgamesh]

Si on fait le compte sur ce qui se produit dans la durée (en échelle log-log):

principalement de l'hydrogène
1/4 d’Hélium-4
0,01% de Deutérium (D) et d'Hélium-3
du Tritium (³H) qui va se désintégrer bien vite en He-3 avec un demi vie de 12 ans)
les neutrons résiduels qui se désintègrent rapidement (demi vie de 1/4 d'heure)
un chouia de Béryllium-7 mais qui ne survit pas (avec une demi-vie de 53 j) et qui se désintègre en Li-7
un chouia de Lithium-7 stable et qui pose un soucis car son abondance réelle est inférieure d'un facteur 2 de celle prédite (il est certes détruit dans les étoiles mais ça reste un pb)
et du Lithium-6 qui ne passe pas le premier quart d'heure

Et si on descend en concentration, les modèles produisent des traces d'autres éléments (C, N, O...)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Je ne sais pas pourquoi j'étais persuadé que c'était le deutérium qui était le 3e élément né du big bang.

Le deutérium est une forme d'hydrogène (un isotope de l'hydrogène). Pour ma part, j'ai considéré les trois premiers éléments du tableau périodique : hydrogène, hélium, lithium.

[Tawahi-Kiwi]

Hélium : 100 % récent, produit par la désintégration continuelle de l'uranium et du thorium dans la croûte terrestre.

Recent a 4,5 milliards d'annees pres

Ce n'est neanmoins pas correct (je corrige surtout parce que Lebleu34 a retenu ta phrase, qui est imparfaite). Le rapport ³He/⁴He terrestre est de 20 ppm et l'helium-3 est primordial. Le rapport de la Terre homogene est a l'origine de 200-300 ppm (equivalent au rapport cosmologique), celui-ci baisse avec le temps due a la desintegration alpha de U et Th (dans la croute, mais aussi dans le manteau).

En prenant l'helium-3 et helium-4 primordial de la Terre, ceux-ci representent 7% de l'helium mantellique present actuellement sur Terre.

T-K

[Gilgamesh]

Parmi les éléments léger néoformés (au sens de post nucléosynthèse primordiale) on peut également mentionner ceux obtenus sous l'effet des rayon cosmiques par réactions de spallation.

wiki : La spallation nucléaire (de l'anglais to spall, produire des éclats) est une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau atomique est frappé par une particule incidente (neutron, proton...) ou une onde électromagnétique de grande énergie (à partir de 50 MeV et jusqu'à quelques GeV). Sous la violence de l'impact, le noyau cible se décompose en produisant des jets de particules plus légères (neutrons, protons, ou noyau léger de deutérium ou d'hélium, voire de lithium).

Ça représente des traces infimes mais ça a son importance dans l'analyse des météorites.