Hubert Reeves

La force nucléaire

Émission du 9 avril 2006

C'est par l'étude des éléments radioactifs — uranium, thorium … — que l'existence de la force nucléaire a été révélée au début du 20^ème siècle. On y rattache les noms de Becquerel, des Curie, et d'autres encore. Ces atomes sont instables. Après un certain temps, ils se désintègrent en d'autres particules, tout en produisant de la chaleur.

Ces phénomènes indiquent la présence, au sein des noyaux de ces atomes, de forces jusqu'alors inconnues. Contrairement à la gravité et à l'électromagnétisme, qui s'étendent sur des distances immenses, leur portée est extrêmement restreinte : elle ne s'étend pas hors des dimensions des noyaux (millionièmes de micron). On en distingue deux, appelées, l'une « nucléaire forte », et l'autre « nucléaire faible ».

Aujourd'hui, la première s'appelle simplement « force nucléaire », tandis que la seconde porte le nom de « force faible ». Nous en reparlerons dans la prochaine chronique. L'intensité de la force nucléaire est très grande. C'est elle qui soude les quarks dans les nucléons (protons et neutrons) et qui soude les nucléons dans les noyaux atomiques.

Sa puissance se manifeste par les actions dont elle est responsable. Un gramme d'uranium peut dégager autant d'énergie qu'une tonne de pétrole, ou qu'un barrage pendant une période prolongée. C'est elle qui permet aux réacteurs nucléaires d'alimenter certains réseaux électriques.

Dans le ciel, la force nucléaire est la source de l'énergie des étoiles, et leur assure une longévité de millions, voire de milliards d'années.

Quand cette énergie est amenée à se dégager rapidement, elle provoque des explosions :

• celles des bombes atomiques sur la Terre,
• celles des phénomènes associés à la mort des étoiles massives dans le ciel. Dans ce cas, les supernovæ peuvent, en quelques heures, devenir des milliards de fois plus lumineuses que le Soleil. On peut les voir jusqu'à des milliards d'années-lumière.

La force nucléaire joue un grand rôle dans un chapitre majeur de l'histoire de l'univers : la formation des atomes, ou nucléosynthèse. La puissante attraction qu'elle exerce entre les nucléons leur permet de se combiner pour fabriquer tous les noyaux atomiques, jusqu'aux plus lourds.

C'est dans le cœur torride des étoiles que ces réactions ont lieu. L'intense chaleur (des dizaines, voire centaines de millions de degrés) provoque d'incessantes collisions. Dans certains cas, les particules entrent en fusion pour former des composés nouveaux. C'est ainsi qu'à partir des protons initiaux du Big Bang, la grande variété des atomes aujourd'hui présents dans le cosmos s'est progressivement élaborée.

Les matériaux des planètes solides (oxygène, silicium, fer, …) ainsi que les éléments fondamentaux de la vie (carbone, azote, oxygène, …) sont nés dans les étoiles géantes rouges semblables à Bételgeuse et Antarès, grâce à la très grande puissance de cohésion de la force nucléaire. C'est à mettre à son actif.