- Abondance des éléments chimiques
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L'abondance des éléments chimiques mesure la rareté d'un élément chimique, ou dans quelle fraction il est présent dans un environnement donné par rapport aux autres. On peut mesurer l'abondance de plusieurs façons différentes, par fraction de masse (ou de poids), par fraction molaire (ou atomique). La mesure de l'abondance dans une fraction gazeuse est commune dans des gaz mélangés, tels les atmosphères planétaires, et est proche de la fraction molaire en molécule pour des gaz parfaits (c'est-à-dire pour des gaz sous pression et température faibles).
Par exemple, l'abondance massique de l'oxygène dans l'eau est d'environ 89%, car c'est la fraction de la masse d'eau qui est composée d'oxygène. Mais l'abondance molaire de l'oxygène n'est plus que de 33%, car un atome sur 3 seulement de la molécule d'eau est de l'oxygène. Dans l'univers tout entier, et dans l'atmosphère des planètes géantes, comme Jupiter, les abondances massiques de l'hydrogène et de l'hélium sont respectivement de 74% et de 23-25%, alors que l'abondance molaire atomique de ces deux éléments est de 92% et 8%. Mais, comme l’hydrogène est sous forme diatomique (dihydrogène) alors que l'hélium non, leurs abondances molaires moléculaire sont (dans les conditions de l'atmosphère externe de Jupiter) de 86% et 13%.
La plupart des abondances exprimées sont massiques.
Abondance des éléments dans l'Univers
Les éléments, c'est-à-dire la matière baryonique habituelle, faite de protons, de neutrons et d'électrons, sont une petite fraction du contenu de l'univers. Les observations cosmologiques suggèrent que cette matière baryonique ne compose que 4,6% du contenu de l'Univers. Le reste se partage en énergie et en matière noire[1].
La matière baryonique standard se trouve dans les étoiles et les nuages interstellaires, sous forme d'atomes ou d'ions, ainsi que d'autres formes de matière plus exotiques dans certains lieux astrophysiques, comme les très hautes densités dans les naines blanches et les étoiles à neutrons.
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers, suivi par l'hélium. Après eux, les abondances cessent de suivre les numéros atomiques : l'oxygène vient en troisième position, avec un numéro atomique de 8. Tous les autres sont significativement moins abondants.
L'abondance des éléments légers est bien prédite théoriquement par les modèles cosmologiques standards, puisqu'ils sont produits pendant une très courte durée après le Big Bang (typiquement durant quelques centaines de secondes, c'est ce que l'on nomme la nucléosynthèse primordiale). Les éléments plus lourds sont produits plus tard, dans les étoiles. C'est la nucléosynthèse stellaire.
L'hélium-3 est un élément rare sur Terre, et recherché pour son utilisation dans la recherche sur la fusion thermonucléaire. On suppose qu'il existe sur la Lune des grandes quantités de cet isotope de l'hélium. L'hélium est produit également (en plus de ce qui a été produit lors du Big Bang), au cœur des étoiles lors de la fusion de l'hydrogène, soit par la chaine proton-proton, soit par le cycle CNO.
L'hydrogène et l'hélium sont supposés compter respectivement pour environ 74 et 24% de toute la matière baryonique de l'univers. Malgré leurs très faibles quantités, dans l'univers, les autres éléments peuvent influencer grandement les phénomènes astrophysiques. La Voie lactée n'est formée en masse que de 2% d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium.
Références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Abundance of the chemical elements » (voir la liste des auteurs)
Voir aussi
- Élément chimique et plus particulièrement les sections Abondance naturelle et Isotopes.
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