histoire deau et de poussière la molécule deau, du big-bang à notre verre françois sibille...
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Histoire d’eau et de poussière
La molécule d’eau, du Big-bang à notre verre
François Sibille
Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon
4 décembre 2012
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Tableau périodique des éléments … juste après le Big-Bang …
75% 25%
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… Et après quelques dizaines de millions d’années
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… Et après quelques centaines de millions d’années
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Mirage gravitationnel : un télescope géant, naturel et gratuit
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HST
Mirage gravitationnel : un télescope géant, naturel et gratuit
Beaucoup d’années lumière
HST
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HST
Mirage gravitationnel : un télescope géant, naturel et gratuit
HST
Beaucoup d’années lumière
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Un « quasar » très humide : APM 08279+5255
Seulement 1,7 milliard d’années après le Big-Bang
images NASA
Concept « artistique »
Tel qu’il apparaît en rayons X
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75% H 24 % He , 1% Traces C, N, 0 etc. Atomes « lourds » Fabriqués dans les étoiles Diffusés dans le milieu
50% de la masse d’une galaxie
Mais trop dilué pour former des molécules
Très inhomogène
MILIEU INTERSTELLAIRE DIFFUS
Gaz raréfié : 10 atomes / cm3 Pas très froid : 100K (-173 °C)
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1000 à10 0000 atomes/cm3
Rassemblement par la gravité
« Nuages »
10- 100 Années lumière
10 000-100 000 Masse du Soleil
Les nuages denses
Equilibre hydrostatique
Sir James Hopwood JEANS(1877 -1946)
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Et la poussière !
Petits grains : ~ 1 micron
•Suie (graphite)
•Poussière de roche (Silicate)
Composant mineur : < 1% de la masse du Milieu interstellaire
1 grain pour 1012 atomes
Rôles très importants en Astrophysique
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Rougissement :
• Absorbe plus le bleu que le rouge•Transparent à l’infrarouge
Refroidissement :
• Par émission de photons infrarouges
Rôles de la poussière
Coucher de Soleil
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Les étoiles vieillissantes empoussièrent l’espace
Image du disque par interférométrie au VLT
image : Xavier Haubois (Observatoire de Paris) et al.
2 cm à 200 km
Bételgeuse
Première historique
Première image du disque
D’une étoile autre que le Soleil
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st35gm04n26_I1blm
Simulation numériques par Bernd Freytag (CRAL-ENSL)très accéléré : épisode de 7 ans
Les étoiles vieillissantes empoussièrent l’espace
Image du disque Par interférométrie au VLT
image : Xavier Haubois (Observatoire de Paris) et al.
2 cm à 200 km
Bételgeuse( Orionis)
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Les étoiles vieillissantes empoussièrent l’espace
coronographe
Bételgeuse, l’étoile masquée par « Coronographie »
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RETOUR AU MILIEU INTERSTELLAIRE DENSE
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Grains à l’abris des UV
Très froids 10-20 K
Nuages denses : Complètement opaquesTrès froids : 10K (-263 °C)
WWW.usine_à_ molécules.com
Chimie dans les nuages denses :
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Les atomes du gaz se collent à la surface des grains
H
H
HH
H
H
HH
H
O
OO
N
ON
N
NC
C
C
C
C
H
H
N
O
O
C
C
N
N
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Adsorption + Formation de molécules couche de glace
C+O
CO O+HOH
H+HH2
OH+HH2O
C+HCH etc
CO+OCO2
CO
CO
OH
H2O CO2
NH3
OH
OH
CO2
H2O
H2O
NH3H2
H2
Croissance des grains
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Adsorption + Formation de molécules couche de glace
C+O
CO O+HOH
H+HH2
OH+HH2O
C+HCH etc
CO+OCO2
CO
CO
OH
H2O CO2
NH3
OH
OH
CO2
H2O
H2O
NH3H2
H2
Croissance des grains
CH3-CH2-OH
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Adsorption + Formation de molécules couche de glace
C+O
CO O+HOH
H+HH2
OH+HH2O
C+HCH etc
CO+OCO2
CO
CO
OH
H2O CO2
NH3
OH
OH
CO2
H2O
H2O
NH3H2
H2
Croissance des grains
Glycine Alanine
CH3-CH2-OH
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Quand un grain sort du nuage …
Turbulences Retour du grain au milieu diffus
•Les étoiles le réchauffe
• Sublime la glace
• Photodissociation des molécules :
H20 + photon UV OH + H
Autre scénario possible …
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The_Process_of_Triggered_Star_Formation(converted).aviDémarrage auto
Fragmentation du nuage Collapse des fragmentsFormation ‘un groupe de nouvelles étoiles
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Amas des Pléiades
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Retour sur l’effondrement d’un fragment
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CG
m
r Vx
m Vr = Moment cinétique d’une particule
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CG
m
r Vx
m Vr = Moment cinétique d’une particule
m Vr = Moment cinétique d’un fragment
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solar_system_cloud_collapse_avi.mpg
CG
m
r Vx
m Vr = Moment cinétique d’une particule
m Vr = Moment cinétique d’un fragment
Conservation de m Vr
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image NASA/ESA
L’essentiel de la masse va dans l’étoile : nouvel équilibre hydrostatique
Le reste va dans un disque en orbite autour de l’étoile
Le disque «absorbe» le moment cinétique
Le disque refroidit et « coagule » en planètes
Vidéo JPL/NASA
jpl-formation-ss-from-disk-ssc2004-22v2_full.avi
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T>1000 K T <100KTempérature décroissante
Planètes telluriques :MercureVénus TerreMars
Planètes joviennes : JupiterSaturneUranusNeptune
Ceinture de Kuiper
Réserve des noyaux de comètes
Sec Un peu d’eau Beaucoup de glace
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Solid
e (g
lace
)
Gazeux(vapeur)
Liquide
1 atm
0°C273 K
100°C373 K
Pres
sion
Température
0,01 atm
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Solid
e (g
lace
)
Gazeux(vapeur)
Liquide
1 atm
0°C273 K
100°C373 K
Pres
sion
Température
0,01 atm
x
Mars
![Page 36: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/36.jpg)
Solid
e (g
lace
)
Gazeux(vapeur)
Liquide
1 atm
0°C273 K
100°C373 K
Pres
sion
Température
0,01 atm
x
Mars
x
Vénus
![Page 37: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/37.jpg)
0,02% de la masse de la Terre
Toute cette eau est elle d’origine ?
![Page 38: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/38.jpg)
D’http://lasp.colorado.edu/~bagenal
Température (°C)
La Terre retient bien son eau
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Croissance de la « Constante solaire »Le Soleil chauffe de plus en plus !
1,5 Milliard d'années
L’effet de serre s’emballeTempérature moyenne
dépasse 50 °C
2012
L'eau des océans s'évapore
170°
100°
50°
0°
-70°
Mas
se d
e l‘e
au d
es o
céan
s
Age Soleil (milliard d'années)
"Constante solaire"
Mais ça ne durera pas toujours
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Europa
Les planètes (lunes) banquises
![Page 41: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/41.jpg)
Ganymède
![Page 42: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/42.jpg)
Geysers d’Encelade
Encelade (Saturne)
![Page 43: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/43.jpg)
Le « Modèle de Nice » ou « Grand Bombardement tardif » (LHB)
![Page 44: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/44.jpg)
Neptune passe au-delà d’UranusLe nuage des planétésimaux « glaçons » est disperséLes planètes sont moins serrées
Restructuration du Système solaire
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?Seule au monde ?
![Page 46: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/46.jpg)
![Page 47: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/47.jpg)
icy_planetesimals_(converted).mpg
planetesimal_collisions_(converted).mpg
Près de l’étoileLoin de l’étoile
Mercure VénusTerre Mars Astéroïdes
PlutinoCeinture de KuiperNuage d’Oort
entre les deux
+
JupiterSaturneNeptuneUranus
Glace des grains + matériaux organiques: conservés à partir de Jupiter
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![Page 49: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/49.jpg)
http://co2thetruth.e-monsite.com/pages/francais/le-giec-ne-tient-pas-compte-du-role-du-soleil-de-la-vapeur-d-eau-et-des-nuages-dans-ses-calculs-de-prevision-du-climat-de-la-terre-dans-un-siecle.html
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http://planet-terre.ens-lyon.fr
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planet-migration-armitage.wmv
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Venera 15
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G6. Infrared Radiation and Planetary Temperature Climate Clash.htm
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extension asymétrique
extension symétrique
pliage vertical
pliage horizontal(dégénéré)
http://science.widener.edu
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Vitesse moyenne des molécules à la température T : distribution de Boltzmann
énergie cinétique moyenne = kT = ½ mv2
Frac
tion
de la
pop
ulati
on
Vitesse de libération : vech = (2GM/(a+h))1/2
Si vmol > vech une molécule de mouvement dirigé vers le haut peut s’échapper dans l’espace
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Régions denses
Nuages complètement opaques
Mélange avec de la poussière
MILIEU INTERSTELLAIRE DENSE : 10 0000 atomes/cm3
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Représentation traditionnelle !
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Les vieilles étoiles empoussièrent le milieu interstellaire
Le rayonnement Infrarouge des grains a révélé leur nature
Grains de « graphite » (suie)
Grains de silicates
Taille typique : 0,05 à 1 µm
1% de la masse du gaz dans le MIS
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Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
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Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
PAH100 atomes
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Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
Très petits grainschaufféstransitoirement
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Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
Gros grains20-30 K
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![Page 65: Histoire deau et de poussière La molécule deau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062417/551d9d7d497959293b8b4c34/html5/thumbnails/65.jpg)
Trainée de poussière derrière l’étoile géante MIRA ( o Ceti)