Fiche de révision : la matière dans l'Univers

Les échelles de l’atome à l’Univers en puissances de 10 et la matière lacunaire ; la formation du système solaire, la matière des planètes et l’unité astronomique ; les galaxies, le Big Bang et l’expansion ; les éléments chimiques sur Terre, dans le vivant et dans l’Univers ; leur fabrication dans les étoiles

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benprofparticulier.frChimie · 4ᵉ

Univers : galaxies, système solaire et éléments chimiques

Fiche méthode

(Physique-chimie 4ᵉ · Décrire la matière · L’Univers)

La démarche pour toute question sur l’Univers

1. Je repère l’échelle ou le milieu. Atome, planète, galaxie, Univers ? Croûte, Terre entière, vivant ?

2. J’écris les nombres avec la bonne unité. Puissances de 10 en mètres, ua (1,5 × 10⁸ km), milliards d’années, pourcentages en masse.

3. Je calcule, puis je conclus par une phrase. Exposants qui se soustraient, conversion, masse × pourcentage ÷ 100.

Le réflexe — la même matière, faite des mêmes éléments, s’organise de l’atome aux galaxies et a été fabriquée au fil de l’histoire de l’Univers.

Cas 1 · Écrire un ordre de grandeur, comparer deux échelles

Réflexe — en mètres, a × 10ⁿ, puissance de 10 la plus proche ; pour comparer : 10ᵃ ÷ 10ᵇ = 10ᵃ⁻ᵇ.

Exemple. Combien de fois la Terre (10⁷ m) est-elle plus grande qu’un grain de pollen de 0,02 mm ?

0,02 mm = 0,000 02 m = $2 \times 10^{- 5}$ m : ordre de grandeur $10^{- 5}$ m.

$10^{7} \div 10^{- 5} = 10^{7 + 5} = 10^{12}$ : la Terre est environ mille milliards de fois plus grande.

Attention — avec un exposant négatif, soustraire revient à ajouter.

Cas 2 · Convertir une distance, expliquer la matière d’une planète

Réflexe — ua → km : × 1,5 × 10⁸ ; près du Soleil : roches et métaux ; loin : glaces et gaz.

Exemple. La planète naine Pluton est en moyenne à 39,5 ua du Soleil. Distance en km ?

$39, 5 \times 1, 5 \times 10^{8} = 59, 25 \times 10^{8} \approx 5, 9 \times 10^{9}$ km : près de six milliards de km.

Attention — l’ua sert dans le système solaire ; pour les étoiles, l’année-lumière.

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Cas 3 · Situer un événement dans l’histoire de l’Univers

Réflexe — date après le Big Bang = 13,8 − « il y a … » (milliards d’années).

Exemple. Une étoile s’est formée il y a 9 milliards d’années. Quand, après le Big Bang ? Avant ou après le Soleil ?

$13, 8 - 9 = 4, 8$ : 4,8 milliards d’années après le Big Bang. Le Soleil a 4,6 milliards d’années : cette étoile est plus vieille que lui.

Attention — le Big Bang n’est pas une explosion dans l’espace vide.

Cas 4 · Calculer la masse d’un élément

Réflexe — je repère le milieu, puis masse × pourcentage ÷ 100.

Exemple. Masse de fer dans 500 kg de Terre « moyenne » (fer ≈ 32 %) ?

$500 \times 32 \div 100 = 160$ : environ 160 kg de fer, surtout dans le noyau.

Attention — les pourcentages de la croûte ne sont pas ceux de la Terre entière.

Cas 5 · Trouver l’origine d’un élément

Réflexe — H, He → Big Bang ; du carbone au fer → cœur des étoiles ; plus lourd que le fer → supernovae, collisions d’étoiles à neutrons.

Exemple. D’où viennent les atomes d’uranium du combustible d’une centrale nucléaire ?

L’uranium est plus lourd que le fer : il ne vient ni du Big Bang ni de la fusion au cœur des étoiles. Il s’est formé lors de supernovae ou de collisions d’étoiles à neutrons, avant la naissance du Soleil, puis a été mêlé au nuage qui a formé la Terre.

Attention — la fusion nucléaire n’est pas une combustion.

Les pièges

Ajouter les exposants pour comparer : 10⁹ ÷ 10³ = 10⁶, pas 10¹².
Prendre 7 × 10⁻³ m pour un ordre de grandeur de 10⁻³ m : 7 est proche de 10, c’est 10⁻² m.
Confondre l’unité astronomique (distance Terre–Soleil) et l’année-lumière (environ 63 000 ua).
Confondre élément et corps pur : l’oxygène des roches n’est pas du dioxygène.
Croire que le Soleil fabrique tous les éléments, ou qu’il brûle comme un feu.

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À propos de cette page

La fiche méthode donne la démarche en trois étapes et un exemple corrigé par cas : comparer la Terre et un grain de pollen avec les puissances de 10, convertir en km la distance de Pluton, dater une étoile après le Big Bang, calculer la masse de fer dans la Terre, trouver l’origine de l’uranium d’une centrale. Elle finit par cinq pièges.

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