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Histoire de l'Univers

Date création : 31 Mai 1999
Date mise à jour : 20 Mars 2000
Auteur : P.CHAUVEINC
Contact :
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main.gif (963 octets) 15 Milliards d'années : le "big-bang", mythe ou réalité  

Par un raisonnement de type "marche arrière", on essaie de comprendre comment on peut remonter de l'état actuel de l'Univers (sa taille, sa densité, la position et le nombre des objets observables ...) à son origine : l'hypothèse la plus "mathématiquement" plausible est que tout ce qui existe ici-bàs est issu d'une même explosion initiale, appelée big-bang par ironie (Fred Hoyle (19??)).

En fait, à ce moment particulier de notre histoire, les notions physiques connues de temps et d'espace ne sont pas applicables, et on n'a aucun moyen de savoir ce qui se passait AVANT : on peut voir ce big-bang (noté BB, ou plutôt quelques micro-micro ... secondes plus tard) comme le premier instant à partir duquel on a pu observer des phénomènes (physiques, chimiques, nucléaires ...) et les décrire : c'est plus une limite de nos connaissances que le "début" réel de notre Univers.

On ne connaît pas la taille de cet Univers avant le BB, certains parlent d'une "tête d'épingle" hyper-concentrée, à 1032 °K, mais j'aime assez l'autre image de H.Reeves : un Univers déjà infini, composé de particules (lesquelles ?) instables (pas d'interaction possible), et une explosion en chacun de ses points. Une autre théorie parle du concept "d'inflation", très brève période pendant laquelle l'Univers primitif a vu sa taille augmenter de manière considérable ...

Les "preuves" du BB : tout d'abord la théorie. Certains Einstein, Hubble et autres Gamow ont par le calcul "démontré" que c'était la seule possibilité qui correspondait aux observations du moment. Ils sont allés plus loin en prévoyant des phénomènes qui n'ont été observés que plus tard. Par exemple le refroidissement ou le décalage vers le rouge des étoiles lointaines. Un rayonnement fossile est aussi prévu (1948), qui correspond à des émissions peu après le big-bang, et qui n'a été observé que récemment (1965). Une autre idée intéressante est le fait d'observer un ciel obscur la nuit : toute autre théorie que celle du BB et son évolution aurait amené à un espace hyper lumineux : la preuve que les étoiles naissent et meurent, sans pouvoir émettre indéfiniment ...

"Plus on regarde loin dans le ciel, plus on remonte notre histoire".
Explication : la lumière met 8 minutes pour venir du Soleil jusqu'à nous (à la vitesse de 300 000 km/s), 4 ans depuis l'étoile la plus proche. Lorsqu'on observe cette étoile aujourd'hui à l'oeil nu, on voit en fait son image telle qu'elle était il y a 4 ans. La galaxie d'Andromède est vue aujourd'hui telle qu'elle était il y a 2 millions d'années. Si on arrive à observer un objet lointain quelconque (pour peu qu'on connaisse sa distance), on en déduit son age.

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Un peu d'imagination que diable !

On observe réellement quelquechose à partir de BB + 10-43 secondes : un ensemble de particules élementaires (qu'on n'a pas encore pu décomposer plus finement) qui composent la soupe originelle : électrons (grains électriques), photons (lumière), autres (quarks...), ainsi que leur équivalent de charge opposée. La température est (est-elle vraiment ?) de plusieurs milliards de degrés. Très vite, la plupart des éléments s'annihilent avec leur anti-particule, en donnant de l'énergie. L'histoire aurait pu s'arrêter là, si la nature n'avait pas eu une toute petite préférence pour la matière : seule 1 particule sur 1 milliard n'a pas eu son anti-particule !

Cette singularité permet, quelques 40 micro-secondes plus tard (T = 1012 °K), l'assemblage de quarks 3 par 3, donnant les protons et les neutrons (force nucléaire).

Environ 3 mn plus tard, parmi toutes les rencontres possibles de cette folle agitation, seul subsiste un premier noyau atomique : celui de l'Hélium.

Pendant ensuite 300 000 ans, l'Univers continue son expansion et son lent refroidissement, qui donnera surtout de l'Hélium et de l'Hydrogène (T=5 000 °K). De cette période est issu le rayonnement fossile prévu par Gamow en 1948 et observé en 1965.

Petite pause de plusieurs millions d'années.

La purée de départ n'est plus homogène, mais on constate plutôt un vaste espace vide et froid associé à quelques grumeaux où la matière (gaz) se condense (force de gravité). Après une pause (certaine), on aurait pu encore en rester là. Mais l'assemblage de matière-gaz (étoiles et galaxies) va à nouveau déclencher des réactions nucléaires (un peu comme au début du big-bang), qui vont, elles, mener aux atomes plus complexes (et utiles) comme l'oxygène et le carbone (les conditions n'étaient pas bonnes au départ). La libération de ces atomes dans l'espace va permettre de nouvelles réactions, chimiques cette fois. Attention, il n'y a pas encore de matières solides dans l'espace.

Refroidissement, nouveaux atomes : silicium, fer, assemblage en silicates. Effondrement de ces nuages poussiéreux, nouvelles étoiles et planètes.

"La mort entraîne la vie".
Explication : tous les atomes complexes dont est constituée notre planète sont issus de l'explosion d'anciennes étoiles (notre planète est donc de 2ème génération).

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Quelques objets issus du big-bang

Puis on distingue :

Vie et mort des étoiles

 

Le savez-vous ? La forme sphérique de la plupart des objets celestes est due à la force de gravité, qui traite tous les points d'une sphère sur le même pied d'égalité. La forme des galaxies (les plus anciennes donc les plus stabilisées) est due au mouvement de rotation.

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Le système solaire

Parmi toutes les nébuleuses et autres concentrations de gaz et de poussières, il en est une qui va se structurer de manière originale : la voie lactée. Nous (le système solaire) sommes situés dans sa périphérie. Sa composition d'origine (gaz, poussières, molécules) et sa mise en rotation vont entrainer plusieurs phénomènes :

jusqu'à la naissance de l'étoile-soleil (voie lactée = 200 milliards d'étoiles) et ses 9 planètes associées, il y a environ 4,5 milliards d'années.

Le savez-vous ? Dans ce mouvement de rotation perpétuel, les élements légers (gazeux) ont tendance à s'échapper dans l'espace tandis que les particules solides vont s'attirer et s'assembler grâce à la force de gravité, jusqu'à atteindre un certain équilibre.

Notre planète n'est alors qu'une boule de feu. En se refroidissant et en récupérant les éléments légers (force centrifuge), l'écorce va se former, puis connaître de profonds bouleversements : naissance et disparition de montagnes, de mers, dérive des continents ...

La présence sur terre de quatre corps simples, le carbone, l'hydrogène, l'azote et l'oxygène, va rendre la vie possible : ces éléments vont se combiner pour former des acides aminés, "briques" élémentaires qui composent la totalité des êtres vivants. Puis les bactéries, premiers organismes vivants, apparaissent il y a 3,5 milliards d'années.

Le système solaire

La composition du système solaire

  • planètes telluriques (comme la Terre = éléments solides) : Mercure, Vénus, Terre, Mars

  • planètes joviennes (comme Jupiter = essentiellement gazeuses) : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Pluton (?)

  • la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter : quelques millions, de toutes tailles (certains atteignent 500 à 1000 km de diamètre), qui donnent parfois les météorites

  • les étoiles filantes (glace, poussières) : issues du confin du système solaire

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Quelques données arrondies, pour les ordres de grandeur

  Distance / Soleil
(millions km)
Diamètre
(km)
T°C sol Masse / Terre

Révolution / Soleil
(jours)

Rotation
(jours)
Soleil 0 1 400 000   300 000 0 0
Mercure 60 4 800 300 (jour) / -200 (nuit) 0.06 88 59
Vénus 108 12 100 480 0.82 225 243
Terre 150 12 700 12 1 365 1
Mars 230 6 700 -50 0.11 687 1
Jupiter 780 133 000 -145 318 11 ans 10h
Saturne 1425 110 000 -160 95 > 29 ans 10h30
Uranus 2880 50 000 -170 14.5 84 ans 10h30
Neptune 4500 49 000 -200 17 165 ans 16h
Pluton 5900 2 300 -230 0,0004629 248 ans 6 jours

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La Terre à l'échelle de la journée

Je rappelle que la Terre s'est stabilisée il y a environ 4,5 Milliards d'années.

- 0 heure     : des roches en fusion, le début des océans
- 4 heures    : l'apparition de la vie
                (bactéries dans un océan en furie, photosynthèse)
- 19 heures   : 1er êtres multi-cellulaires (un parasite - dissiemina)
- 21 heures   : ère primaire - la vie marine explose
- 22 heures   : sortie de l'eau (un genre de varan - ichtiostéga),
                développement squelette, foie, poumons ...
- 22 h 45     : les dinosaures
- 23 h 40     : les primates arboricoles
- 23 h 48     : les primates supérieurs et l'effondrement du rift africain
- 23 h 59     : les australopithèques
+ 20 secondes : Homo habilis
+ 50 secondes : Homo erectus
+ 59 secondes : Homo sapiens
+ 59 sec 599  : les civilisations d'Egypte

(1 minute correspond à 3 MA et une seconde à 50 000 ans).



Remarques

Cf la remarque de ma page d'accueil.

 

Liens

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