CHAUFFAGE CENTRAL

 

      

Le soleil est une formidable chaudière thermonucléaire qui brûle dans son cœur 500 millions de tonnes d'hydrogène par seconde en produisant une température de 15 millions de degrés. En permanence 4 noyaux d'hydrogène, c'est à dire 4 protons, fusionnent pour former un noyau d'hélium dont la masse est inférieure à celle des 4 protons pris séparément. Il y a donc une perte de masse qui se transforme en énergie suivant la célèbre formule : E = m.c²   . L’énergie est émise sous deux formes : des photons gamma et des neutrinos. Les photons gamma subissent de multiples absorptions et ré-émissions par la matière du soleil et mettent deux millions d'années à en sortir. Ils perdent peu à peu de l'énergie au fil des collisions pour se retrouver dans le domaine du rayonnement visible au niveau de la surface. C'est heureux pour nous... Les neutrinos ont plus de chance, ils traversent le soleil à la vitesse de la lumière sans rencontrer aucune résistance. Ce sont des précieux outils d'étude du cœur du soleil. 

 

        Voici donc ce qui se passe au coeur du soleil   ( séquences de la chaine dite «proton-proton » ):
    

1H +¹H  ? ²D + e⁺ + neutrino électronique    e⁺ + e^-   ? photon gamma
²D + ¹H ? ³ He + photon gamma
2 ³He    ? ⁴ He + 2 ¹H + photon gamma

¹H représente le noyau de l'hydrogène ( 1 proton ) ,  ²D le noyau du Deutérium (1 proton - 1 neutron ), ³ He  le noyau de l'hélium 3 (2 protons -1 neutron ), ⁴ He le noyau de l'hélium 4 (2 protons - 2 neutrons) , e⁺ un positron.

La masse des 2 neutrons et 2 protons qui servent à former l'hélium est légèrement supérieure à la masse de l'hélium ainsi constitué. Cette différence de masse, bien que faible, est transformée en énergie, selon la célèbre équation d'Einstein : E = m.c² (E est l'énergie obtenue, m la masse " perdue ",  c est la vitesse de la lumière dans le vide : 3×10⁸  m.s^-1 )

Ce cycle, proton-proton, contribue pour 90 % dans l'émission d'énergie, le reste provient d'un autre cycle, celui du carbone.

Quelques chiffres [ Référence : Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique ]

• Masse : 1,989×10³⁰ kg  333 000 fois celle de la Terre

• Diamètre : 1,392 millions de km  109 fois celui de la Terre

• Densité moyenne : 1,4 (eau = 1)

• Type spectral : G2 V (étoile jaune de la séquence principale)

• Température de surface : 5 800 K (0 K = -273,15 °C)

• Température au centre : 14 millions K

• Luminosité (ou puissance rayonnée) : 3,85×10²³ kW

• Composition chimique (en nombre d'atomes) : Hydrogène : 94 %, Hélium : 6 %, et des traces principalement des éléments suivants : Oxygène, Carbone, Azote, Magnésium, Néon, Silicium, Fer, Soufre, Calcium, Argon, Sodium, Aluminium, ... (tous les éléments sont présents)

• Composition chimique (en masse) : Hydrogène : 73 %, Hélium : 25 %, et tous les autres éléments : 2 %

• Rotation différentielle : 26 j à l'équateur, 31 j à 60° de latitude, 37 j aux pôles

• Cycle d'activité magnétique :  11 années

• Période de révolution autour de la Galaxie :  240 millions d'années

• Age : 5 milliards d'années

      Le rayon du soleil est de environ 750 000 km, à cause de sa rotation il présente un très faible aplatissement  qui est en moyenne de 0,0013%, variable en fonction de l'activité solaire (l'aplatissement est plus important en période de maximum solaire). Le cœur qui dégage l'énergie nucléaire en occupe 1/4 du rayon, vient ensuite la zone radiative où l'énergie se propage par rayonnement sans mouvement de matière. Dans cette zone, la matière est sous forme ionisée car la température est encore de plusieurs millions de degrés. Plus près de la surface, à environ 0,85 fois le rayon du soleil, la température a diminué de 15 fois sa valeur centrale et les électrons libres se combinent aux noyaux atomiques. lis absorbent la lumière et constituent donc un mur qui piège le rayonnement. Pour évacuer la chaleur, sans cesse produite, le soleil a inventé la convection : dans la zone convective, le gaz chaud est animé d'un mouvement ascendant jusqu'à la surface se refroidit et redescend. On peut voir, à la surface du soleil, la granulation dont chaque cellule représente le sommet d'un tube convectif. La surface visible du soleil, appelée photosphère, est à une température de 5 770° Kelvin. Au-delà s'étend, sur 2 500 km, la chromosphère qui avec une température de 30 000° Kelvin émet les rayons UV. Ensuite, c'est la couronne qui se développe sur plusieurs rayons solaires. Son éclat étant voisin de celui de la pleine Lune, elle est invisible en temps ordinaire. Curieusement la température remonte pour atteindre un million de degrés dans cette couronne. Les mécanismes de chauffage sont très complexes et font intervenir le champ magnétique solaire. 

      Le champ magnétique du soleil a été découvert, en 1908, par George Ellery Hale en plaçant la fente de son spectrographe sur une tache solaire grâce à l'effet Zeeman : on observe 3 raies là où, en absence de champ, il n'y en aurait qu'une L'origine du champ magnétique est liée à la rotation du soleil et à la grande conductibilité électrique des couches profondes renfermant beaucoup d'électrons libres. On sait qu'un conducteur parcouru par un courant électrique produit un champ magnétique. Voilà le tour est joué ! ! !

       Le cycle solaire de 22 ans est connu depuis qu'un astronome Allemand, Heindch Schwabe, remarqua, en 1843, une périodicité dans le nombre de taches. Ces travaux furent repris par Rudoil Wolf qui confirma l'existence d'un maximum tous les 11 ans. Que se passe- t- il ?

         Le soleil est animé d'une rotation différentielle, 25 jours à l'équateur contre 36 jours près des pôles, qui entraîne les lignes de champ magnétique dans une farandole infernale. Primitivement orientées sud-nord en période de soleil calme, les lignes de champ se déforment et se rapprochent sous l'action de la rotation différentielle qui les étirent le long de l'équateur. L'intensité du champ augmente et, la pression magnétique l'emportant sur la pression gazeuse, les tubes magnétiques émergent symétriquement de part et d'autre de l'équateur. C'est le soleil actif avec de nombreuse taches qui sont les points d'émergence des lignes de champ magnétiques. Ces endroits nous apparaissent noires car la température est de seulement 3500 ° Kelvin. Puis les lignes de champ se déroulent, toujours sous l'action de la rotation différentielle, et au bout de 11 ans le champ magnétique s'est inversé pour reprendre son orientation initiale 11 ans plus tard C.Q.F.D.

Pendant la période active le soleil se pare de nombreuses protubérances qui sont des projections de plasma, c'est à dire de gaz ionisé. Leur durée de vie est très variables de quelques minutes ou de quelques heures pour les éruptives qui se projettent dans l'espace sur plusieurs millions de kilomètres à quelques mois pour les quiescentes qui dépassent rarement la dimension d'un rayon solaire. Leur température est environ 100 fois plus basse et leur densité 100 fois plus élevée que celle de la couronne. L'interaction entre les protubérances et le gaz de la couronne produit des émissions de rayons U.V et X .

M. Besnier