Abondance d'un élément chimique

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L'abondance d'un élément chimique est la mesure de la proportion de cet élément dans un environnement donné par rapport aux autres éléments. On peut mesurer l'abondance de plusieurs manières  : par fraction de masse (ou de poids), par fraction molaire (comparaison du nombre de molécules) ou atomique (comparaison du nombre d'atomes) ou par fraction de volume. La mesure par fraction de volume est souvent utilisé lorsqu'il s'agit d'évaluer un mélange de gaz, comme par exemple une atmosphère planétaire. Ce type de mesure 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 trois seulement d'une 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 ne l'est pas, leurs abondances molaires moléculaires sont (dans les conditions de l'atmosphère externe de Jupiter) de 86 % et 13 %.

La plupart des abondances indiquées dans l'article sont exprimées en fraction de masse.

Abondance des éléments dans l'Univers[modifier | modifier le code]

Les dix éléments chimiques les plus abondants dans la Voie Lactée[1]
Nombre atomique Élément fraction de masse
en pourcentage
Fraction de masse en partie par million
1 Hydrogène 73,9% 739000 71 × masse d'oxygène (barre rouge)
2 Hélium 24% 240000 23 × masse d'oxygène (barre rouge)
8 Oxygène 1% 10400 10400
 
6 Carbone 0,5% 4600 4600
 
10 Néon 0,1% 1340 1340
 
26 Fer 0,1% 1090 1090
 
7 Azote 0,1% 960 960
 
14 Silicium 0,07% 650 650
 
12 Magnésium 0,06% 580 580
 
16 Soufre 0,04% 440 440
 

Les éléments, c'est-à-dire la matière baryonique normale, constituée de protons, de neutrons et d'électrons, forme seulement une petite fraction du contenu de l'univers. Les observations cosmologiques permettent de déduire que cette matière baryonique ne forme que 4,6 % du contenu de l'Univers. Le reste se partage en énergie et en matière noire[2].

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, puisque selon ceux-ci ce sont les seuls éléments existants à l'origine : ils sont produits après le Big Bang (en quelques centaines de secondes), au cours de 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.

SolarSystemAbundances.png

Références[modifier | modifier le code]

  1. Ken Croswell, Alchemy of the Heavens, Anchor,‎ février 1996 (ISBN 0-385-47214-5, lire en ligne)
  2. http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html

Voir aussi[modifier | modifier le code]