Les atomes représentent l'infiniment petit dans l'Univers, cependant, ils peuvent être sous-estimés. En effet, ces derniers peuvent contenir une énergie gigantesque. L'Humain a réussi à l'utiliser, durant la seconde guerre mondiale notamment, et on va voir comment.
L'énergie contenue dans les atomes peut être libérée de plusieurs manières. Elles ne fournissent pas la même quantité d'énergie et sont potentiellement dangereuses et destructrices. Entre de mauvaises mains, cette énergie peut détruire la planète.
La fission nucléaire :
La fission nucléaire permet d'obtenir de l'énergie en bombardant un atome massif (par exemple l'Uranium-235) avec un neutron. Lors de la collision, l'atome est divisé en d'autres atomes selon l'équation ci-dessous :
U + n --> Kr + Ba + 3n + énergie
où U représente l'atome d'Uranium, Kr le Krypton, Ba le Baryum et n les neutrons. En prenant en compte la masse de tous les intervenants, E = mc² permet de calculer l'énergie obtenue lors de cette fission. Ce qui est étonnant c'est que la masse de départ (l'Uranium-235 et le neutron) est supérieur à la masse finale (l'atome de krypton, l'atome de Baryum et les 3 neutrons), la différence étant d'un cinquième de la masse d'un proton soit un millième de la masse d'un atome d'Uranium-235. Cela semble minuscule ? En réalité, l'énergie est d'approximativement mille milliards de fois supérieur à l'énergie cinétique libérée lors de la course d'un sprinteur allant à une vitesse d'environ 10m/s. Mais d'où vient cette énergie ? Le nombre de nucléons (protons et neutrons) est le même. L'explication vient du fait que les nucléons de l'Uranium-235 sont moins étroitement liés que les nucléons des atomes de Krypton et de Baryum. En résumé, l'énergie produite lors de la fission d'un atome vient du fait que les nucléons se réarrangent différemment.
La fission nucléaire est le procédé le plus simple. Elle consiste en un simple envoi d'un neutron contre un atome lourd de façon à ce que l'atome ciblé se casse et libère d'autres neutrons qui vont casser d'autres atomes et ainsi de suite. L'énergie libérée peut être exploitée : l'énergie nucléaire que l'on utilise actuellement vient de ce processus. Malheureusement, cela génère d'importants déchets radioactifs dangereux pour l'environnement.
La fusion nucléaire
La fusion nucléaire est ce qui permet au Soleil de briller, en effet, il fusionne des noyaux d'atome d'hydrogène pour former de l'hélium. L'énergie provient du fait que le noyau d'hélium créé est, finalement, moins lourd que les noyaux d'hydrogène ayant fusionné, cette masse manquante sera convertie en énergie selon l'équation d'Einstein : E = mc² (l'énergie E = la masse x la vitesse de la lumière(en m/s)²).
Nous ne sommes pas encore en capacité d'exploiter la fusion nucléaire pour produire de l'énergie, cependant des modèles théoriques et des essais sont en expérimentation.
Utilisation :
Une alimentation électrique fiable :
Quelques réacteurs à fusion nucléaire sont en expérimentation dans le monde, notamment un dans le sud de la France, l'I.T.E.R (en français : Réacteur Thermonucléaire Expérimental International), ayant pour but de tester la fusion nucléaire. Le réacteur nucléaire de l'I.T.E.R devrait atteindre une température de plus de 100 millions de degrés Celsius ! Le problème est que c'est très loin d'être gratuit, on parle ici de milliards d'euros.
La fusion nucléaire se fera par la fusion de deux isotopes d'hydrogène (un isotope est un atome possédant un nombre de neutrons différent de l'atome qui lui correspond), c'est-à-dire du deutérium et du tritium, facilement trouvable dans la nature mais dur à exploiter ou à confiner.
Contrairement à la fission nucléaire, la fusion est une énergie propre et illimitée ! Certes, la fusion produira des déchets nucléaires mais qui ne sont un danger pour l'environnement que pour quelques dizaines d'années au plus alors que les déchets nucléaires produits par la fission représentent un danger pour plusieurs millions d'années au moins !
Dans le programme spatial :
La prochaine mission de la NASA est de conduire des astronautes sur Mars ! mais le voyage, même lorsque Mars est au plus près de la Terre, durera 6 à 7 mois, ce qui est dangereux pour la santé des astronautes à cause d'un trop long manque de gravité : les muscles s'atrophient et la masse osseuse s'affaiblit. La fusion nucléaire permettrait, de différentes façons, à une navette de faire le voyage en presque 30 jours !
Pour des bombes :
Voir l'article sur les bombes atomiques.