Abondance des éléments chimiques
L'abondance des éléments chimiques est la mesure de la proportion de ces éléments dans un environnement donné par rapport aux autres éléments. On peut mesurer leur abondance de plusieurs manières : par fraction de masse (ou de poids), par fraction molaire (comparaison du nombre de molécules) ou atomique (comparaison du nombre d'atomes) ou par fraction de volume. La mesure par fraction de volume est souvent utilisée lorsqu'il s'agit d'évaluer un mélange de gaz, comme une atmosphère planétaire. Ce type de mesure est proche de la fraction molaire en molécule pour des gaz parfaits (c'est-à-dire pour des gaz sous pression et température faibles).
Par exemple, l'abondance massique de l'oxygène dans l'eau est d'environ 89 %, car c'est la fraction de la masse d'eau qui est composée d'oxygène. Mais l'abondance molaire de l'oxygène n'est plus que de 33 %, car un atome sur trois seulement d'une molécule d'eau est de l'oxygène. Dans l'univers tout entier, et dans l'atmosphère des planètes géantes, comme Jupiter, les abondances massiques de l'hydrogène et de l'hélium sont respectivement de 74 % et de 23-25 %, alors que l'abondance molaire atomique de ces deux éléments est de 92 % et 8 %. Mais, comme l’hydrogène est sous forme diatomique (dihydrogène) alors que l'hélium ne l'est pas, leurs abondances molaires moléculaires sont (dans les conditions de l'atmosphère externe de Jupiter) de 86 % et 13 %.
L'abondance naturelle des éléments chimiques de numéros atomiques supérieurs à 4 est plus élevée lorsque ces numéros atomiques sont pairs que lorsqu'ils sont impairs, phénomène connu sous le nom d'effet d'Oddo-Harkins.
La plupart des abondances indiquées dans l'article sont exprimées en fraction de masse.
Dans l'Univers
Nombre atomique | Élément | Fraction de masse en pourcentage | Fraction de masse en partie par million | |
---|---|---|---|---|
1 | Hydrogène | 73,9 % | 73900 | |
2 | Hélium | 24 % | 24000 | |
8 | Oxygène | 1 % | 10400 | |
6 | Carbone | 0,5 % | 4600 | |
10 | Néon | 0,1 % | 1340 | |
26 | Fer | 0,1 % | 1090 | |
7 | Azote | 0,1 % | 960 | |
14 | Silicium | 0,07 % | 650 | |
12 | Magnésium | 0,06 % | 580 | |
16 | Soufre | 0,04 % | 440 |
Les éléments, c'est-à-dire la matière baryonique normale, constituée de protons, de neutrons et d'électrons, forme seulement une petite fraction du contenu de l'univers. Les observations cosmologiques permettent de déduire que cette matière baryonique ne formerait que 4,6 % du contenu de l'Univers, le reste se partageant en énergie et en matière noire[2].
La matière baryonique standard se trouve dans les étoiles et les nuages interstellaires, sous forme d'atomes ou d'ions, ainsi que d'autres formes de matière plus exotiques dans certains lieux astrophysiques, comme les très hautes densités dans les naines blanches et les étoiles à neutrons.
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers, suivi par l'hélium. Après eux, les abondances cessent de suivre les numéros atomiques : l'oxygène vient en troisième position, avec un numéro atomique de 8. Tous les autres sont significativement moins abondants. L'abondance des éléments légers est bien prédite théoriquement par les modèles cosmologiques standards, puisque selon ceux-ci ce sont les seuls éléments existants à l'origine : ils sont produits après le Big Bang (en quelques centaines de secondes), au cours de la nucléosynthèse primordiale. Les éléments les plus lourds sont le produit de la nucléosynthèse stellaire qui se déroule surtout dans les stades avancés de l'évolution des étoiles massives (au-delà du fer, le bilan énergétique n'est plus favorable et la nucléosynthèse stellaire cesse, entraînant la mort de l'étoile et son explosion en supernova, la nucléosynthèse explosive produisant les éléments plus lourds que le fer). Enfin, les éléments légers lithium, béryllium et bore, de numéros atomiques 3,4 et 5, sont principalement issus de la nucléosynthèse interstellaire[3].
L'hélium 3 est un élément rare sur Terre, et recherché pour son utilisation dans la recherche sur la fusion thermonucléaire. On suppose qu'il existe sur la Lune des grandes quantités de cet isotope de l'hélium. L'hélium est produit également (en plus de ce qui a été produit lors du Big Bang), au cœur des étoiles lors de la fusion de l'hydrogène, soit par la chaine proton-proton, soit par le cycle CNO.
L'hydrogène et l'hélium sont supposés compter respectivement pour environ 74 et 24 % de toute la matière baryonique de l'univers. Malgré leurs très faibles quantités, dans l'univers, les autres éléments peuvent influencer grandement les phénomènes astrophysiques. La Voie lactée n'est formée en masse que de 2 % d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium.

Dans l'eau de mer
Le tableau suivant donne l'abondance des principaux éléments dans l'eau de mer, en surface.
Z | Élément | Symbole | Abondance dans l'eau de mer de surface (mg.L-1)[4] |
---|---|---|---|
1 | Hydrogène | H | 108 000 |
2 | Hélium | He | 0 |
3 | Lithium | Li | 0,18 |
4 | Béryllium | Be | 0 |
5 | Bore | B | 4,44 |
6 | Carbone | C | 28 |
7 | Azote | N | 0,5 |
8 | Oxygène | O | 857 000 |
9 | Fluor | F | 1,3 |
10 | Néon | Ne | 0,00012 |
11 | Sodium | Na | 10 800 |
12 | Magnésium | Mg | 1 290 |
13 | Aluminium | Al | 0,002 |
14 | Silicium | Si | 2,2 |
15 | Phosphore | P | 0,06 |
16 | Soufre | S | 905 |
17 | Chlore | Cl | 19 400 |
18 | Argon | Ar | 0,45 |
19 | Potassium | K | 399 |
20 | Calcium | Ca | 412 |
21 | Scandium | Sc | 0 |
22 | Titane | Ti | 0,003 |
23 | Vanadium | V | 0,0025 |
24 | Chrome | Cr | 0,0003 |
25 | Manganèse | Mn | 0,0002 |
26 | Fer | Fe | 0,002 |
27 | Cobalt | Co | 0 |
28 | Nickel | Ni | 0,00056 |
29 | Cuivre | Cu | 0,00025 |
30 | Zinc | Zn | 0,0049 |
31 | Gallium | Ga | 0 |
32 | Germanium | Ge | 0 |
33 | Arsenic | As | 0,0037 |
34 | Sélénium | Se | 0,0002 |
35 | Brome | Br | 67,3 |
36 | Krypton | Kr | 0,00021 |
37 | Rubidium | Rb | 0,12 |
38 | Strontium | Sr | 7,9 |
39 | Yttrium | Y | 0 |
40 | Zirconium | Zr | 0 |
41 | Niobium | Nb | 0 |
42 | Molybdène | Mo | 0,01 |
44 | Ruthénium | Ru | 0 |
47 | Argent | Ag | 0 |
48 | Cadmium | Cd | 0,00011 |
49 | Indium | In | 0,02 |
50 | Étain | Sn | 0 |
51 | Antimoine | Sb | 0,00024 |
53 | Iode | I | 0,06 |
54 | Xénon | Xe | 0 |
55 | Césium | Cs | 0,0003 |
56 | Baryum | Ba | 0,013 |
57 | Lanthane | La | 0 |
58 | Cérium | Ce | 0 |
59 | Praséodyme | Pr | 0 |
60 | Néodyme | Nd | 0 |
62 | Samarium | Sm | 0 |
63 | Europium | Eu | 0 |
64 | Gadolinium | Gd | 0 |
65 | Terbium | Tb | 0 |
66 | Dysprosium | Dy | 0 |
67 | Holmium | Ho | 0 |
68 | Erbium | Er | 0 |
69 | Thulium | Tm | 0 |
70 | Ytterbium | Yb | 0 |
71 | Lutécium | Lu | 0 |
72 | Hafnium | Hf | 0 |
73 | Tantale | Ta | 0 |
74 | Tungstène | W | 0,0001 |
75 | Rhénium | Re | 0 |
79 | Or | Au | 0 |
80 | Mercure | Hg | 0 |
81 | Thallium | Tl | 0 |
82 | Plomb | Pb | 0 |
83 | Bismuth | Bi | 0 |
84 | Polonium | Po | 0 |
86 | Radon | Rn | 0 |
88 | Radium | Ra | 0 |
90 | Thorium | Th | 0 |
91 | Protactinium | Pa | 0 |
92 | Uranium | U | 0,0032 |
Dans le corps humain
Les éléments chimiques qui composent le corps humain sont créés au cœur des étoiles, d'où l'expression poétique de l'astrophysicien Hubert Reeves, qui a écrit que les hommes sont constitués de « poussière d'étoiles » issue des cendres des réactions nucléaires qui ont rythmé la vie d'anciennes étoiles avant leur explosion et l'ensemencement ultérieur de la nébuleuse solaire[5].
Notes et références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Abundance of the chemical elements » (voir la liste des auteurs).
- Ken Croswell, Alchemy of the Heavens, Anchor, (ISBN 0-385-47214-5, lire en ligne)
- http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html
- Muriel Gargaud, Hervé Martin, Purificación López-García, Thierry Montmerle, Robert Pascal, Le Soleil, la Terre... la vie. La quête des origines, Belin, (lire en ligne), p. 30
- (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, vol. 97, CRC Press/Taylor and Francis, , 2652 p. (ISBN 1498754287), « Abundance of elements in the Earth's crust and in the sea », p. 2402 (14-17).
- Luc Lambs, La science sacrée ou la conscience de l'atome, Éditions La Vallée Heureuse, , p. 87
Voir aussi
Articles connexes
- Élément chimique et plus particulièrement les sections Abondance naturelle et Isotopes.
- Abondance des éléments dans la croûte terrestre
Liens externes
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