Ordres de grandeur

Le très petit … et le très grand

L’atome et plus encore le noyau appartiennent au monde de l’infiniment petit. Ils sont difficiles à appréhender pour le profane. Les unités et ordres de grandeur auxquels nous sommes habitués n’ont plus cours. Les chiffres dont il est question, grands ou petits, deviennent vite faramineux. Voici quelques points de repères.

Les dimensions : Les rayons des atomes sont de l’ordre du dix milliardième de mètre. La longueur d’une file d’un milliard d’atomes serait seulement de 20 cm. Un proton est cent mille fois plus petit. La même file composée de protons ne mesurerait que deux microns, deux millièmes de millimètre. Les noyaux sont un peu plus gros, mais guère plus.

Les vitesses et le temps : Rien ne va plus vite que la lumière dans le vide. La lumière met 8 minutes pour venir du Soleil à 299 792,458 km /s. Les électrons d’un atome sont loin d’être aussi rapides, mais leur vitesse reste de l’ordre de quelques milliers de kilomètres par seconde.

Les échelles de temps : Pour traverser un minuscule atome, la lumière met une fraction de milliardième de milliardième de seconde. Ce minuscule laps de temps peut être considéré comme le tic-tac d’une pendule qui marcherait au rythme d’un atome. Cette échelle de temps atomique est très petite par rapport à la seconde. En une seconde, un électron animé d’une vitesse de 3000 km /s – le centième de la vitesse de la lumière – fait à peu près autant de tours de son atome qu’un milliard d’hommes auront de battements de cœur pendant un siècle.

Les énergies : Elles sont infimes en valeur absolue, car elles concernent de minuscules corpuscules. Mais ces corpuscules circulent aux vitesses très élevées qui ont cours dans l’infiniment petit. Leur énergie cinétique est souvent sans commune mesure avec les énergies provenant de l’agitation thermique des atomes et des molécules. Par exemple, une particule alpha de 4 millions d’électronvolts  d’énergie cinétique est éjectée à une vitesse de 15000 kilomètres par seconde. Une fois ralentie et devenue noyau d’hélium, sa vitesse tombe à quelques kilomètres par seconde et son énergie est ramenée à celle des molécules d’un gaz, quelques électronvolts.

En physique nucléaire, les énergies mises en jeu deviennent énormes, dès qu’un grand nombre de noyaux sont impliqués. Ceci se produit naturellement dans les étoiles. Dans un réacteur nucléaire, des réactions de fission en chaîne de l’atome d’uranium-235 libèrent des énergies très supérieures à celle des combustibles classiques. L’énergie libérée par la fission d’un noyau d’uranium est de 200 millions d’électronvolts, 33 millions de fois celle libérée par la combustion d’un atome de carbone.