Abondance des éléments chimiques

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.

Le tableau suivant donne l'abondance des principaux éléments dans l'eau de mer, en surface.

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].

• (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).