D’où vient la matière qui nous entoure ?

Il est notoire que les questions portant sur les origines ont toujours beaucoup de succès. Et ceci quel que soit le sujet traité. Un tel engouement s’explique par le fait que l’homme a toujours cherché à savoir d’où venait ce qu’il voyait, lui-même n’échappant pas à la règle, sans doute parce la réponse lui permettrait de s’appuyer sur quelque chose de connu. En effet, l’inconnu finit toujours par relever du divin (ou de la magie, ce qui est du même genre), et le divin amène trop de questions, donc.

  • D’où vient cette lettre ?
  • D’où vient l’homme ?
  • D’où vient l’univers ?
  • D’où vient la matière qui nous entoure ?

C’est cette dernière question que je souhaite traiter car j’ai l’impression que c’est celle dont la réponse est la moins bien maitrisée par le commun des mortels.

Je plante le décors : il y a 13,7 milliards d’années, l’univers a commencé partout, par définition, puis s’est étendu, c’est ce qu’on appelle communément le Big Bang. Ça c’est de l’entrée en matière, si j’ose dire …

Ok mais alors d’où vient la matière ? Au départ, à la première grande inflation après le Big Bang, la matière et l’anti-matière sont censées être en proportions identiques, s’annihilant en se combinant puis se recréant, c’est le chaos. Mais ici, on ne parle pas de matière comme on la connait, il n’y a pas de solide, pas de liquide, pas de gaz, juste un bouillon incommensurablement chaud de particules et d’anti-particules (voire d’énergie).

À un moment, alors que l’univers continue à s’étendre et se refroidir, une réaction que l’on appelle la baryogenèse, et qui reste aujourd’hui encore inexpliquée, fait qu’il y a un déséquilibre (évalué à 1 pour 30 millions) entre matière et anti-matière au profit de la première. Cela conduit à la prédominance des premières particules élémentaires de matières (quarks et leptons). Les quarks vont donner des protons (positifs) et des neutrons (neutres) et les leptons incluront les électrons (négatifs). Quand l’univers se refroidit encore (vers 380 000 ans) des protons et neutrons se combinent pour former des noyaux (positifs) qui attirent les électrons (négatifs) : ils forment alors des atomes (neutres) de matière ordinaire (essentiellement de l’hydrogène, constitué d’un proton et d’un électron).

Il n’y a alors encore qu’un vaste gaz très chaud constitué à 95% d’hydrogène.

Cet immense amas n’étant pas uniforme (on parle de grumeaux), des zones plus denses apparaissent et se densifient encore plus sous l’effet de la gravité. Le phénomène s’amplifie et des effondrements se produisent par endroit (un peu comme une implosion, en schématisant). Lors de tels effondrements, le gaz est fortement comprimé, sa température augmente au delà de plusieurs millions de degrés et des réactions de fusion thermonucléaires s’enclenchent pour donner naissance aux étoiles.

Les étoiles créeront les éléments plus lourds (parfois jusqu’au fer) et les supernovæ les éléments plus lourds que le fer.

Plus le noyaux d’un élément contient de particules (protons + neutrons), plus il est dit « lourd ». Au cœur des étoiles, les éléments sont créés dans l’ordre du « poids » :

  1. Hydrogène : 1 proton, 1 électron
  2. Hélium : 2 protons, 2 neutrons, 2 électrons
  3. Lithium : 3 protons, 4 neutrons, 3 électrons
  4. etc …

Voici le bien connu Tableau Périodique des Éléments (TPE) qui vous donnera une idée du « travail » à faire avant d’obtenir du fer (Fe) qui est le 26ème élément :

Tableau périodique des éléments

Pour un tableau dynamique, voir ce lien (très bien fait).

Donc, les matières premières dont sont faits les matériaux qui nous entourent, l’air que nous respirons, l’eau, etc, tout cela a été produit lors de fusions nucléaires et de cataclysmes cosmiques. Sans vouloir vous effrayer, j’ajouterais que c’est le cas pour la matière constituant votre corps …

Tous ces atomes sont donc constitués de nucléons (protons et neutrons) et d’électrons. Les scientifiques estiment le nombre total de nucléons dans l’univers observable à 1080, ce nombre astronomique (sic) n’est pas aussi gigantesque qu’on pourrait le penser. Mais peut-être sera-t-il revu à la faveur d’une nouvelle découverte …

Enfin, sachez qu’un proton n’est pas immortel. Sa durée de vie est estimée à 2,1×1029 ans. Du coup, on pourrait se demander ce qu’il va advenir de la matière une fois ce temps atteint, mais c’est une toute autre histoire …

En bonus, une introduction à l’astronomie et à l’astrophysique.

– (Vu 2027 fois)

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5 réponses à D’où vient la matière qui nous entoure ?

  1. HA dit :

    bonjour
    bah c’est flou comme réponse ! ça ne veut rien dire de concret ,matière anti matière OK mais eux d’ou ils viennent ? et avant eux ?ils ont un commencement ?
    pour moi c’est autre chose ,mais quoi et comment ?
    on peut revenir a quand en arriere……..
    H.A

    • Dehel dit :

      Bonjour et désolé de vous décevoir. 🙁
      Cet article ne peut pas tout expliquer car beaucoup de questions restent sans réponse. On sait néanmoins à peu près ce qu’il s’est passé depuis le Big Bang et ce qui a conduit aux éléments simples à partir de particules. On sait aussi comment ces éléments simples ont pu se complexifier, jusqu’au fer (après, c’est plus compliqué).
      Mais on ignore tout de l’avant Big Bang, bien que certains se risquent à quelques supputations …
      Mon sentiment à moi est que tout est énergie, et qu’avant les particules, il n’y avait que de l’énergie. Mais c’est une autre histoire, trop longue pour un commentaire.

  2. Christian dit :

    Bonjour,
    Dans votre article, vous écrivez que la matière et l’anti-matière s’annihilent en se combinant puis se recréent.
    S’il y a annihilation, il n’y a donc plus rien.
    Je ne comprend pas comment de la matière peut « se créer ».
    On dit que X crée Y.
    Mais si je comprend bien, vous dites que Y crée Y (la matière se crée).
    Donc on présuppose l’existence de Y pour rendre compte de Y, ce qui n’est pas logique…
    Peut-être que j’ai mal compris, du coup, pourriez-vous en dire d’avantage ?
    Merci !
    Christian

    • Dehel dit :

      Bonjour,

      En fait cette « annihilation » est une transformation. Les particules de matière et d’anti-matière qui se rencontrent sont bel et bien détruites mais elles sont transformées en énergie. Cette énergie servira à alimenter d’autres réactions plus ou moins complexes qui aboutiront éventuellement à d’autres particules (ou anti-particules, mais avec une préférence pour les premières comme indiqué dans le billet).
      Comme l’a si bien dit Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

      Ce qu’il faut retenir, c’est qu’il est admis qu’il n’y a eu aucune création ni aucune perte d’énergie, seulement des modifications qui ont transformé un univers hautement énergétique en ce que nous connaissons maintenant. On peut éventuellement dire que la matière est de l’énergie condensée, devenue palpable. Mais cela reste de l’énergie et peut le redevenir.

      Ai-je bien répondu à votre question ?

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