Bonjour et bienvenue dans ce cours de seconde dans lequel nous allons parler des transformations nucléaires. Alors les transformations nucléaires, ça veut dire que le noyau de l'atome va changer. Alors si le noyau change, ça veut dire aussi que le nom de l'atome va changer, parce que c'est le noyau qui donne le nom à l'atome.
Et donc on va pouvoir faire ce que les alchimistes du Moyen-Âge voulaient, c'est-à-dire passer du plomb, par exemple, vers l'or, ou tout autre changement d'un élément vers un autre élément. Et dans ce cours, en fait, on ne parlera pas... pas du tout des électrons qui sont autour de l'atome, on va juste se focaliser sur les noyaux.
Alors au menu, on va d'abord revenir sur quelques petits rappels sur les atomes et les isotopes, ensuite on va parler des transformations qui sont toutes seules, spontanées, et ensuite on va parler des transformations provoquées qui ont lieu par exemple dans le soleil ou dans les centrales nucléaires, et on finira par parler un petit peu d'énergie. Commençons par les rappels sur les atomes et les isotopes. Donc un atome est constitué de noyaux et d'électrons qui tournent autour.
Alors focalisons-nous sur le noyau. Voilà comment on va symboliser ce qu'il y a à l'intérieur du noyau. Deux chiffres et quelques lettres. Alors qu'est-ce que ça veut dire tout ça ?
D'abord le 3. Le 3 veut dire qu'il y a trois protons, c'est le numéro atomique, celui qui est en bas. Et le chiffre qui est en haut nous dit qu'il y a sept nucléons. Alors les nucléons, ce sont les protons et les neutrons.
Donc on peut en déduire qu'il y a... 7-3, c'est-à-dire 4 neutrons à l'intérieur de ce noyau. Donc c'est un noyau qui est constitué de 3 protons et 4 neutrons. Et un noyau qui est constitué de 3 protons, on appelle ça un noyau de lithium.
Alors il existe d'autres atomes de lithium, celui-ci, celui-ci, et bien d'autres encore. Alors qu'est-ce qu'ils ont de différent ces atomes de lithium par rapport à celui-ci ? Vous voyez que le numéro 3 est toujours pareil en bas, ça c'est ce qui définit le lithium.
Par contre le chiffre d'en haut est différent, donc en fait c'est le nombre de neutrons qui est différent. Ici vous avez toujours trois protons dans tous ces noyaux. Par contre ici vous avez trois neutrons, ici cinq et ici six.
Alors des atomes comme ceux-ci, qui sont tous des atomes de lithium, mais qui sont un petit peu différents parce qu'ils n'ont pas le même nombre de neutrons, ça s'appelle des isotopes. Voici des exemples des isotopes du lithium. Alors il n'y a pas que le lithium qui a des isotopes, et vous voyez ici tous les atomes qu'on a pu répertorier depuis qu'on en fait de la science.
Chaque petit point est un atome différent. Alors comment lire ce graphique ? En fait quand vous déplacez vers la droite, vous augmentez le nombre de neutrons et quand vous montez, vous augmentez le nombre de protons. Donc ici vous avez des petits noyaux et ici des gros noyaux.
Zoomons un petit peu sur les petits noyaux. Alors on va retrouver le lithium dans ces petits noyaux. Ici on a le lithium 4, toute la ligne du lithium, jusqu'au lithium 12, tous les isotopes du lithium.
Alors on a mis des couleurs, ces couleurs servent à... à repérer la stabilité des noyaux. En noir, vous avez des noyaux qui sont stables, c'est-à-dire qui vont rester tels quels.
Par contre, toutes les autres couleurs indiquent que les noyaux ne sont pas stables, et ça veut dire qu'ils vont changer. Ils sont en quelque sorte mal faits, avec trop de ceci ou trop de cela, et ils vont évoluer spontanément vers un autre atome. Et en fait, on va dire qu'ils vont se désintégrer. Alors, premier exemple d'atome qui va se désintégrer, un atome d'uranium-238.
Alors c'est un gros atome qui va, à un moment dans sa vie, se transformer tout seul, une transformation spontanée, et émettre un petit paquet de nucléons. En fait, ce type d'atomes-là qui vont émettre quelque chose, on les appelle radioactifs. Et donc ces transformations spontanées, on appelle ça la radioactivité.
Alors qu'est-ce qui va être émis dans le cas présent, en fait, ici ? Cette particule qui va être émise, c'est une particule qu'on a nommée alpha, sans savoir ce qu'elle était au début. Et en fait, on s'est rendu compte plus tard...
que c'était un noyau d'hélium. En fait, c'est deux protons et deux neutrons, et donc ça correspond exactement à un noyau d'hélium. Et donc voilà comment va se désintégrer ce noyau d'uranium-238.
Il va émettre une particule alpha, et donc le reste va former un gros noyau, qui est ici par exemple le thorium. Il existe d'autres exemples de désintégration, alors voyons ça tout de suite. Autre exemple de désintégration, vous avez ici un petit noyau qui est un noyau d'hélium, d'hélium 6. Alors lui, qu'est-ce qu'il va émettre ?
Il va à un moment donné, pareil, une transformation spontanée, émettre une particule qui n'est pas la même que tout à l'heure, une particule qu'on a nommée bêta la première fois qu'on l'a vue. Et on s'est rendu compte qu'elle était négative. Ensuite, qu'est-ce que c'est que cette particule bêta ? En fait, c'est un électron. Attention, ce n'est pas un électron qui vient d'autour du noyau, c'est un électron qui est émis par le noyau lui-même.
Et donc ce noyau d'hélium, il va émettre une particule bêta-et donc il va se transformer en autre chose, ici par exemple en lithium. Donc ce type de radioactivité, ça s'appelle une radioactivité bêta-, on émet un électron. Il existe aussi des atomes qui vont se désintégrer d'une autre façon, par exemple ici un atome de Bohr. Lui, qu'est-ce qu'il va faire ? Il va émettre encore une autre particule, une particule un peu étrange, qui est en fait comme un électron, mais positif, on appelle ça un positon, c'est l'antiparticule de l'électron.
Et donc lui-même aussi va se transformer en un autre élément. Donc vous voyez, on vient de voir ici les trois types de radioactivité, alpha, bêta plus et bêta moins, les plus courantes en tout cas. Ce sont des transformations spontanées qui se font toutes seules.
Deux petites remarques pour finir sur la radioactivité. Voici trois objets, un verre d'eau, un caillou, un être humain. Ces trois objets sont constitués d'atomes. Parmi ces atomes, certains ne sont pas stables, et donc ces trois objets sont forcément radioactifs.
Vous-même, vous êtes radioactif. Certains de vos atomes se désintègrent en ce moment même. Il n'y en a pas beaucoup, vous n'en faites pas, mais c'est le cas. Deuxième remarque importante, lors de ces transformations, nucléaire en fait si on regarde un petit peu la transformation se rend compte qu'au début on avait 238 nucléons avant la transformation et après on a aussi 238 nucléons on peut voir ça pour n'importe quel type de transformation nucléaire donc quand on aura des transformations nucléaires en fait le nombre de nucléons ne changera jamais conservation du nombre de nucléons c'est une des règles et transformation nucléaire deuxième chose qu'on peut voir c'est le chiffre du bas le chiffre du bas en fait ici Il va se conserver aussi. 92 ici, 90 plus 2, pareil ici, pareil ici.
Alors jusqu'à présent, on avait dit que le chiffre du bas, c'était le numéro atomique et donc le nombre de protons. Mais ici, vous voyez que pour les particules bêta moins, c'est négatif. On ne peut pas avoir un nombre de protons négatif.
En fait, ce chiffre du bas correspond à la charge électrique. Si la charge électrique est positive, c'est porté par des protons. Si elle est négative, c'est porté par des électrons.
Et donc, lors de ces transformations nucléaires, on a aussi la conservation de la charge électrique. Alors deuxième type de transformation nucléaire, des transformations provoquées. Provoquées par quoi ? Généralement c'est lors d'un choc qu'elles ont lieu ces transformations. Premier exemple, la fission.
La fission qu'est-ce que c'est ? C'est facile, on prend un gros noyau et on le casse. Par exemple ici, on envoie un neutron sur un gros noyau d'uranium, 238, et ce noyau va se casser en petits morceaux, plus ou moins grands, alors ça peut refaire d'autres neutrons et puis d'autres fragments comme ceci.
Alors on va écrire la transformation nucléaire comme ceci. Voilà, ceci c'était un exemple de fission. Il existe aussi ce qu'on appelle la fusion. Alors la fusion c'est un petit peu différent, ce sont des petits noyaux qui vont fusionner pour en faire un plus gros. Exemple, deux petits noyaux qui arrivent l'un en face de l'autre comme ceci, très vite, et bien ils peuvent se transformer en un noyau plus gros.
C'est ce qui se passe dans le soleil par exemple. Ici vous avez deux isotopes de l'hydrogène qui vont se transformer en un noyau plus gros. Vous voyez, c'est de l'hélium.
Ceci c'est une réaction de fusion. Alors toutes ces transformations nucléaires que l'on vient de décrire s'accompagnent aussi de libération d'énergie. Et cette énergie en fait on peut en faire quelque chose.
Par exemple lors de la fission de l'uranium souvent on a de l'énergie qui est libérée et on peut chauffer de l'eau avec et faire tourner des turbines pour fabriquer de l'électricité. On peut aussi libérer cette énergie et fabriquer une bombe avec ceci. Avec la fusion aussi on peut fabriquer des bombes, mais tous les jours le soleil utilise la fusion pour se chauffer. C'est comme ça qu'on reçoit l'énergie du soleil.
En fait c'est de l'énergie nucléaire, des réactions nucléaires qui ont eu lieu au centre du soleil. On aimerait bien maîtriser cette technique de fusion à l'échelle industrielle. Pour l'instant on essaye de le faire, mais c'est très compliqué.
Peut-être que dans quelques décennies on y arrivera et ça serait une source d'énergie énorme et très peu polluante. La radioactivité aussi dégage de l'énergie. C'est elle, par exemple, cette énergie qui chauffe le centre de notre Terre. Et c'est pour ceci que la Terre refroidit très lentement.
C'est parce qu'elle est chauffée par de l'énergie dégagée lors de désintégrations radioactives. Alors ce cours est terminé. Mais je vous laisse avec une petite vidéo qui est très jolie, qui va vous laisser voir la radioactivité. En fait, cette radioactivité est invisible, mais on peut visualiser...
ces rayons qui sont émis si on met un objet radioactif dans un détecteur, par exemple ici une chambre à brouillard. Voilà, merci d'avoir suivi le cours, à bientôt !