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Histoire de l’univers

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Histoire de l’univers - PowerPoint PPT Presentation


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Histoire de l’univers. Pourquoi l’histoire de l’univers ? Questions « simples » ou élémentaires : De quoi sont composés les éléments qui nous entourent ? Molécules Atomes Quarks

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Histoire de l’univers


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Presentation Transcript
histoire de l univers
Histoire de l’univers
  • Pourquoi l’histoire de l’univers ?
  • Questions « simples » ou élémentaires : De quoi sont composés les éléments qui nous entourent ?
    • Molécules
      • Atomes
        • Quarks
  • Comprendre les origines de notre environnement proche, des éléments qui nous entourent nécessite de remonter (toute) l’histoire de l’univers
  • Astronomie = observation
    • Observer loin dans l’espace = observer loin dans le temps
  • Mettre en place une histoire qui servira de trame de temps, de dimension et de température sur laquelle on pourra ensuite zoomer lors d’autres exposés
d but de l univers
Début de l’univers
  • Début = Marche arrière jusqu’à la limite :
    • +/- 15 milliards d’années (13,7)
    • Température 1 milliard de milliard de milliard de degrés
    • Densité infinie
    • Magma explosif de quarks=Chaud, dense, explosif, « lumineux »
  • Avant ?
    • Équations impuissantes actuellement
    • Besoin d’une théorie quantique de la gravité
    • Candidat : théorie des « supercordes »
big bang mod le standard
Big Bang – modèle standard
  • Temps = « 0 » : Big Bang
    • Création du temps et des 3 dimensions
    • Création matière et antimatière
    • Déséquilibre : 1/16 de la matière en plus (?)
    • Température passe de 1012 à 1010 degrés.
    • Une gigantesque annihilation : Particules / antiparticules se transforment en photons
  • Temps = 10-43 seconde=0,0000000000000000000000000000000000000000001 s(limite de Planck de la théorie quantique)
    • la matière de l'univers correspond à une "purée" de quarks, d'électrons et de positons baignant dans une énergie énorme (T° > mille milliards de degrés)
    • phase d'expansion jusqu'à 10-35 s après le Big Bang.
  • La température est trop élevée, la matière trop dense, les électrons sont libres :Le big bang est invisible !
big bang mod le standard1
Big Bang – modèle standard
  • Temps = 10-43 seconde=0,0000000000000000000000000000000000000000001 s(limite de Plank de la théorie quantique)
    • la matière de l'univers correspond à une "purée" de quarks, d'électrons et de positons baignant dans une énergie énorme (T° > mille milliards de degrés)
    • phase d'expansion jusqu'à 10-35 s après le Big Bang.
  • La température est trop élevée, la matière trop dense, les électrons sont libres : le big bang est invisible !
les forces nucl aires
Les forces nucléaires
  • Temps = 1µs =0,0000000001 s : mise en action de la Force Forte
    • la force nucléaire forte va devenir supérieure à l'agitation des quarks et va les lier entre eux (grâce aux gluons!)
    • trois par trois pour former les protons et neutrons
  • Temps = +/- 1min :Mise en action de la Force Faible
    • Température n'est plus que de 3-10 milliards de degrés l'énergie thermique devient inférieure à la force faible. La nucléosynthèse initiale, avec la formation des noyaux atomiques légers à partir de la liaison des protons et neutrons peut alors débuter.
    • Protons + électrons forment l’Hélium, l’Hydrogènes et quelques éléments lourds
  • Expansion et refroidissement pendant … 1 million d’années
et la lumi re fut
Et la lumière fut …
  • Expansion et refroidissement pendant … 1 million d’années
  • Temps = 300 000 ans : composition de l’univers
    • électrons
    • noyaux d'Hydrogène (protons)
    • noyaux de deutérium 2H,
    • 3He,4He
    • 7Li
  • La densité de matière étant plus faible, les photons peuvent circuler l'univers devient transparent
    • Le rayonnement résultant est celui, découvert par Penzias et Wilson en 1963 et aujourd'hui refroidi à -270 degrés Celcius

Rayonnement du fond du ciel mesuré par la sonde WMAP

naissance des galaxies
Naissance des Galaxies
  • Temps >300 000 ans : Mise en action de la force Electro-Magnétique
    • Température < 3000 degrés univers est rouge comme le fer chauffé dans les forges terrestres
    • naissance des atomes protons + électrons = Hydrogène
    • Naissance de quelques molécules comme la molécule d'H2
  • Expansion et refroidissement…
  • Temps >300 000 ans : la gravité devient + forte que les force thermiques
    • La purée d’atome d’Hydrogène et d’hélium se condense en grumeaux (phénomènes mal compris)
    • Gravité engendre la rotation
    • Apparition des galaxies, des amas et super amas de galaxies Rotation et influences mutuelles fortes des galaxies entre elles (éloignement = seulement 10x leurs tailles)
resume d but de l univers
RESUME - début de l’univers
  • Organisation
    • Expansion / dilution / refroidissement
    • Les forces cimentent et organise la structure de l’univers
    • On passe du chaos hyper énergétique aux galaxies
  • Expansion, entropie et poubelle infinie
    • L’expansion se fait à entropie constante = phénomène reversible
    • permet le rejet d'entropie
    • création étoile / planête = organisation Rejet d’entropie sous forme de rayonnement infrarouge
    • L’expansion permet d'avoir une poubelle toujours + grande donc pas de réchauffement
naissance des toiles
Naissance des étoiles
  • Univers après la nucléosynthèse primordiale :
    • 90% H, 10% Hé
  • Les étoiles se forment au sein des nébuleuses par phénomène d’accrétion
  • Au moment où le nuage devient suffisamment concentré, la gravité fait le reste. Elle engendre l'effondrement du nuage, ce qui compresse de plus en plus les molécules, et le nuage commence à se réchauffer.
  • Si la masse est suffisamment importante, la nébuleuse se comprime encore plus et les réactions nucléaires entrent en jeu. Nous avons alors une proto-étoile. Celle-ci commence alors à émettre lumière et chaleur.
vie des toiles
Vie des étoiles
  • Noyaux très chauds : 20-100 millions de degrés
  • Séquence principale = 90% des étoiles actuelles dont le soleil
    • Transformation de H en He
    • Noyau encore plus chaud : 20 à 100 millions de degrés
    • Les réactions nucléaires dégagent de l’énergie sous forme de rayonnement au cœur de l’étoile qui sort en surface sous forme de lumière visible
  • Phase géante rouge (Beltegeuse et Antares)
    • Hélium se combine : x3 = Carbone, x4 = Oxygène, x5=Néon
    • = brique élémentaires des molécules de la vie
    • Noyau encore + chaud
  • Phase suivante
    • Le Carbone se combine et donne du Sodium, de l’Aluminium, du Magnésium = composants des pierres
    • Noyau encore + chaud
vie des etoiles
Vie des Etoiles
  • Cas des atomes les plus lourds :
    • Possibilité de créer du fer par Si+Mg
    • mais réaction endothermique : refroidissement brutal du noyau qui ne supporte alors plus les couches externes, et s’effondre
    • Réchauffement brutal et explosion avec des pics de température autour de 5 Milliards de degrés
    • Permet la formation des noyaux lourds : le fer (26 protons)
    • D'autres atomes sont créés par capture des neutrons émis lors de l’explosion : Plomb, Uranium
  • Cas des éléments légers et fragiles : Li, Be, Bo
    • Fragiles, ne supportent pas les hautes températures, donc impossibles à créer dans coeur des étoiles
    • Créés entre les étoiles à partir des éléments et du flux de particules stellaires : collision de proton + noyau Oxygène
milieu interstellaire un fantastique labo
Milieu Interstellaire : un fantastique labo
  • Lambeaux d’étoiles = milieu en cours de refroidissement, enrichi par les éléments lourds éjectés par les étoiles
  • Noyaux capturent des électrons et deviennent des atomes
  • Les atomes se combinent en molécules :
    • Eau
    • Gaz carbonique
    • Alcool éthylique
    • Amoniaque, méthane
  • Formation des grains de poussière :
    • Atomes (Al, MG, Si) s’organisent en réseaux cristallins= nuages interstellaires opaques
    • Des glaces se déposent : eau, gaz carbonique= micro planètes
resume
RESUME
  • Début Univers :
    • Organisation, du chaos aux galaxies
  • Vie des Galaxies :
    • passage de nébuleuse gazeuse aux étoiles
  • Vie des étoiles :
    • Transformation de l’hydrogène en éléments lourds
  • Mort des étoiles :
    • Distribution des éléments lourds dans le milieu interstellaire
cr ation du syst me solaire
Création du système solaire
  • Temps = 10 Milliards d’années Naissance du soleil et des planètes à partir des éléments laissés par les étoiles de première génération
  • Coup de pouce :Ondes de choc provenant d'une supernova, effet de marée provenant de la galaxie, passage d'un amas d'étoiles, etc.
  • Création du Soleil
  • Gravité et rotation installe les poussières dans un disque
  • Proche du soleil les gaz s’évaporent
  • Gravité accumule les poussières en grumeaux de + en + gros (densité 3)
  • Collisions créent des corps solides de plus en plus gros
  • Collisions dégagent beaucoup de chaleur

Grande nébuleuse d'Orion (M42)pépinière d'étoiles

vie des plan tes
Vie des planètes
  • Evacuation de la chaleur initiale :
    • Convection, Volcanisme, Tectonique des plaques, Création de montagnes
  • Phobos : gros caillou très vite froid
  • Lune/ Mercure :
    • + gros, vie de 100 millions d’années
  • Mars : en fin de vie
  • Terre : encore beaucoup de chaleur
  • Histoire des planètes = histoire de leur refroidissement
cas de la terre
Cas de la Terre
  • Tant que la terre est chaude
    • Molécules d’eau contenues dans la pierre liquide
  • Refroidissement
    • Création d’une croûte externe
    • La pierre se solidifie et éjecte son eau sous forme de gigantesques geysers
    • L’eau reste en vapeur au dessus de la terre (cas de Vénus)
    • Refroidissement : pluies, puis océans
  • Résumé du parcours de l’eau :
    • Noyau d’oxygène se forme dans les étoiles
    • Se combine avec hydrogène dans milieu interstellaire
    • Se dépose sur les grains de poussières
    • S’accumule dans la nébuleuse protosolaire
  • Même phénomène pour le gaz carbonique.
naissance de la vie
Naissance de la vie
  • L'étude des roches anciennes a révélé que la vie était apparue sur terre il y a près de 3.800 millions d'années. A cette époque, la Terre était très peu accueillante. L'air était dense et nocif. Les comètes et les météorites pleuvaient sur la planète.
  • La Terre était un monde liquide sans aucune parcelle de terre sèche. Il y a 30 ans, les scientifiques pensaient que la vie était née dans les lacs et les océans.
  • La lumière et les ultra-violets du Soleil divisèrent les gaz riches en hydrogène dans l'atmosphère. Les éléments se réunirent pour former des composés chimiques plus grands et plus complexes.
  • Ces composés se rassemblèrent dans les océans et constituèrent une 'soupe organique'.
  • Un jour, un accident se produisit. Une molécule commença à se copier elle-même. La Terre avait engendré la vie.
histoire de l univers sur un an
Histoire de l’univers sur un an
  • Échelle :1 an = 15 milliards d'années, âge estimé du Big Bang,  1  jour = 41 millions d'années,  1 seconde = 500 ans ;1 milliard d’années = 24 jours ; 1 million d’années = 0,6 h = 36 minBig Bang et formation de l'hydrogène et de l'hélium :
    • le 1er janvier à 0 h
  • Formation de la Voie Lactée (et des autres galaxies)  :
    • vers la  fin  janvier
  • Plusieurs cycles : Nébuleuses,  formations d'étoiles, géantes rouges, super-novae et synthèse d'éléments chimiques, pollution de nébuleuses, formation d'étoiles de deuxième génération, etc ...  dans notre galaxie.
    • de février à août
  • De nombreuses super-novae explosent près de notre nébuleuse
    • les 30 et 31 août
histoire de l univers sur un an1
Histoire de l’univers sur un an

origine de la Terre et du système solaire

  • Formation de la Terre et du système solaire :
    • Dans la journée du 31 août (ne dure qu'une petite journée)
  • Plus  vieux minéraux connus (zircon australien) :
    • le  6 septembre
  • Plus vieilles roches connues (Lac des esclaves, Canada) :
    • le 12 septembre
  • Premières traces de vie connues (matière organique riche en C12, Groenland) :
    • le 16 septembre
  • Premiers fossiles  connus (bactéries et stromatolites, Australie) :
    • le 24 septembre
  • Plus vieille glaciation connue (il y en aura des dizaines d’autres jusqu'à nos jours)
    • Le 15 octobre
  • Plus vieilles traces (chimiques) connus de cellules eucaryotes :
    • le 25 octobre
  • Maximum de création de croûte continentale, ralentissement de la convection mantellique, établissement de la tectonique des plaques « à la mode actuelle » . . . . ) avec successions d’ouvertures, de subductions, de collisions, de formation de pangées, de dislocation  … qui durent jusqu'à nos jours
    • le 31 octobre
histoire de l univers sur un an2
Histoire de l’univers sur un an

fin de l'archéen et début du protérozoïque

  • Apparition de l'oxygène libredans l'atmosphère :
    • Vers le 10 novembre
  • Apparition des métazoaires et metaphytes complexes (algues complexes , Vers, méduses, ...)  :
    • Vers le 10 décembre
  • GlaciationS généraliséeS (boule de neige) :
    • les 15-16 décembre
  • Formation puis dislocation de l'avant dernière Pangee :
    • Les 15-16 décembre

début du primaire

  • Apparition des coquillages  et  crustacés … (explosion cambrienne)  :
    • le 18 décembre
  • Apparition de premiers poissons :
    • le 19 décembre
  • Apparition de végétaux, puis animaux terrestres :
    • le 20 décembre 
  • Avant dernière glaciationS  :
    • Les 25- 26 décembre
  • Formation puis dislocation de la dernière pangée  :
    • 25 décembre
histoire de l univers sur un an3
Histoire de l’univers sur un an

début du secondaire

  • Apparition des Mammifères et des Dinosaures :
    • nuit du 25-26 décembre
  • Dépôt du calcaire Urgonien dans les Alpes
    • nuit du 29 décembre
  • Fin des dinosaures :
    • le  30 décembre, 10 h du  matin

début du tertiaire

  • Formation des Alpes :
    • du 29 au 31 décembre
  • Début des glaciations mio-plio-quaternaire dans l'hémisphere sud
    • 31 décembre vers 12 h
  • Début des glaciations plio-quaternaire dans l’hémishere nord :
    • le 31 décembre, vers 21 h 30(avec alternance + ou – froid toutes les 4 mn)
  • Toumai
    • le 31 décembre vers 21h
  • Lucie :
    • le 31 décembre vers 22 h 30
histoire de l univers sur un an4
Histoire de l’univers sur un an

début du quaternaire

  • Lascaux :
    • le 31 décembre à 23 h 59 mn et 26 s
  • Pyramides de Chéops :
    • le 31 décembre, 6ème coup de minuit
  • Aujourd'hui :
    • le 31 décembre, au 12ème coup de minuit

et pour plus tard

  • Vaporisation de la Terre  (le soleil deviendra géante rouge) …. ……………...................................………..début mai prochain
  • Mort du soleil …………………………………………….......................................………………………….Vers le 10 mai  prochain