Le Soleil, une lumière nucléaire

Pour comprendre le phénomène d’émission de lumière par le Soleil, il faut pénétrer dans la matière dont les atomes sont les briques élémentaires. La matière, c’est finalement un ensemble d’atomes, constitués de gros noyaux autour desquels gravitent des petites particules appelées électrons et beaucoup, beaucoup… de vide !

Soleil et noyaux d’atomes

Comme toute étoile, le Soleil est une boule de gaz comprenant les atomes les plus simples :

• 90 % d’hydrogène (atome à un seul électron),
• le reste étant essentiellement de l’hélium (atome à deux électrons).

Mais ce mélange de gaz est particulier car tous les électrons ont été arrachés des noyaux. Ceci est dû à la température très élevée – plusieurs milliers de degrés Celsius – qui initie des réactions thermonucléaires durant lesquelles deux noyaux d’hydrogène donnent naissance à un noyau d’hélium. Alors que deux noyaux ont tendance habituellement à se repousser, c’est bien la température qui en accélérant les atomes permet la fusion entre deux noyaux suffisamment proches. Ces réactions thermonucléaires entraînent un dégagement énergétique important sous forme de rayonnements lumineux si précieux à la vie terrestre. C’est cette lumière solaire que nous percevons sur Terre à quelques atténuations près dues à la traversée de l’atmosphère.

Lumière nucléaire

Actuellement, des chercheurs souhaitent maîtriser ce procédé de fusion thermonucléaire dans le but de fabriquer, sur le site de Cadarache près de Marseille, le futur réacteur ITER, acronyme de International Thermonuclear Experimental Reactor. Ce réacteur serait a priori moins contraignant que les réacteurs nucléaires actuels basés au contraire sur le principe de la fission (séparation d’un noyau lourd en noyaux plus légers). Ainsi en imitant le Soleil, nous pourrions produire de l’électricité et l’utiliser par exemple pour nous éclairer ! Les énergies dégagées par ces réactions entre noyaux atomiques sont telles qu’elles ont aussi, malheureusement, une capacité destructive hors norme : l’existence de la bombe A (fission) et de la bombe H (fusion) peut en témoigner.

Photons, grains d’énergie lumineuse

Revenons à la lumière, plus pacifique, émise par le Soleil. Quelle est-elle ? Difficile à se représenter, la lumière naît de la matière mais est elle-même immatérielle. Elle transporte de l’énergie mais n’a pas de masse. Nous appelons photon la quantité élémentaire d’énergie lumineuse. Plus grand est le nombre de photons, plus intense est la lumière émise. Seuls certains photons, associés à une petite bande d’énergie, sont visibles par l’œil humain. Dans cette bande visible, on a par ordre énergétique croissant les rayonnements rouge, jaune, vert puis bleu. Les photons de plus basse énergie sont situés dans l’infrarouge et de plus haute énergie dans l’ultraviolet. La bande d’énergie du Soleil est très large et dépasse de part et d’autre le domaine visible. Mais belle coïncidence ou conséquence de la nature : le maximum d’émission du Soleil est situé au milieu du domaine énergétique du visible pour lequel l’œil est le plus sensible.

Et la nuit, que voit-on ? A un degré nettement moindre, nous pouvons malgré tout profiter de la lumière que nous renvoie la Lune. Mais contrairement au Soleil, l’astre nocturne n’est pas à l’origine de son rayonnement : il diffuse par réflexion la lumière qu’il reçoit du Soleil. Seule la moitié de la Lune est éclairée par le Soleil et selon les positions relatives, nous ne voyons depuis la Terre que des quartiers de Lune plus ou moins importants.

Approfondir le sujet

• Et le feu fut… Comment s’éclairer la nuit ?
• Traité de la lumière, Libero Zupirolli, Marie-Noëlle Bussac, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 2009
• Une belle histoire de la lumière et des couleurs, Bernard Valeur, Flammarion, 2016