L’origine de l’énergie solaire

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Classe(s) : 1re Générale | Thème(s) : Rayonnement solaire

Notre étoile est le siège de réactions de fusion thermonucléaire. Une partie de sa matière est convertie en énergie, elle-même transmise sous forme de rayonnement à l’ensemble du système solaire.

I Le Soleil, source de rayonnement

Mot clé

Nuage interstellaire : milieu principalement composé d’hydrogène dans lequel naissent les étoiles.

Le Soleil, comme toutes les étoiles, résulte de la concentration d’une grande quantité de matière présente dans un nuage interstellaire. Au cœur du nuage, lorsque la pression et la température (15 millions de degrés Celsius) deviennent suffisantes, le processus de fusion nucléaire débute : l’étoile naît.

Le cœur du Soleil est le siège de réactions de fusion nucléaire : chaque seconde, des centaines de millions de tonnes d’hydrogène se transforment en hélium, en libérant une quantité d’énergie colossale qui maintient le cœur du Soleil à des températures très élevées.

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Doc Structure du Soleil

Le nom des différentes zones solaires (doc.) est lié au mode de transport de l’énergie. L’énergie produite par le cœur est évacuée vers l’extérieur du Soleil. Le transport se fait soit par radiation (sous forme d’ondes électromagnétiques) soit par convection (mouvements de matière).

Parvenu à la surface du Soleil, ce flux d’énergie thermique s’échappe sous la forme de rayonnement qui se diffuse dans l’espace.

II Conversion masse-énergie

En 1905, en élaborant la théorie de la relativité restreinte, Albert Einstein postule que la masse est l’une des formes que peut prendre l’énergie. La relation d’Einstein établit qu’une particule de masse m, au repos, possède une énergie E, telle que :

E = m c2

E s’exprime en joules (J), m en kilogrammes (kg) et c en mètres par seconde (m/s). La célérité c de la lumière vaut 299 792 458 m/s, soit environ 3,0 × 108 m/s.

Cette équivalence masse-énergie explique le dégagement d’énergie par les étoiles, comme le Soleil. En effet, lors d’une réaction de fusion nucléaire, la masse des produits est inférieure à celle des réactifs. Cette perte de masse correspond à de l’énergie libérée sous forme de chaleur et de rayonnement.

À noter

Une puissance de 1 watt (W) correspond à une énergie de 1 joule (J) par seconde (s), soit 1 W = 1 J/s.

La puissance P rayonnée par le Soleil atteint 3,8651 × 1026 W, soit plus de 386 millions de milliards de milliards de watts. Ce qui signifie qu’en son cœur une énergie E de 3,8651 × 1026 J est produite chaque seconde.

La relation d’équivalence E = m c2 d’Einstein permet de déterminer la masse solaire transformée en énergie chaque seconde.

E = m c2 s’écrit aussi :

m=Ec2, d’où : m=3,8651×1026(3,0×108)24,3×109kg=4,3×106 tonnes.

Ces 4,3 millions de tonnes résultent de la transformation de 619 millions de tonnes d’hydrogène en 614,7 millions de tonnes d’hélium chaque seconde.

Zoom

La fusion nucléaire au cœur du Soleil

05293_C04_Fig02

La « chaîne proton-proton » identifiée par Hans Bethe en 1939 décrit le processus physique qui permet aux étoiles comme le Soleil de générer de l’énergie.

L’ensemble de ces réactions de fusion nucléaire est détaillé.

Il peut se résumer à l’expression simplifiée :

4H11H24e+2e10 + 2γ + 2νe

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