Pourquoi la courbe a-t-elle un maximum vers le fer ?

Le fer-56 et le nickel-62 ont la plus grande énergie de liaison par nucléon — ce sont les noyaux les plus stables. Dans les étoiles, la fusion va jusqu’au fer, parce que cela libère de l’énergie. Les éléments plus lourds que le fer demandent un apport d’énergie et se forment dans les supernovæ et d’autres processus extrêmes.

Si la fusion des noyaux légers est favorable, pourquoi est-elle si difficile sur Terre ?

Il faut rapprocher des noyaux de même signe, en franchissant la barrière coulombienne. Cela exige des températures et des pressions comme au cœur d’une étoile — le but des installations de fusion contrôlée, par exemple ITER.

Toute fission libère-t-elle de l’énergie ?

Non. La fission est exothermique pour les noyaux très lourds à droite du pic (uranium, plutonium). Fissionner le fer demanderait de l’énergie. Même pour les noyaux lourds, il faut en général un neutron pour franchir la barrière d’activation.

Qu’est-ce que le défaut de masse ?

C’est la différence entre la somme des masses des protons et des neutrons libres et la masse mesurée du noyau. La masse « manquante » est l’énergie de liaison d’après E = mc² ; lors d’une fusion ou d’une fission, le changement de cette énergie se manifeste comme un dégagement ou une absorption d’énergie.

Courbe d’énergie de liaison par nucléon

Allure qualitative de B/A en fonction du nombre de masse A : pic du fer, fusion des noyaux légers et fission des noyaux lourds.

À propos du modèle

La courbe d’énergie de liaison par nucléon donne B/A, l’énergie de liaison moyenne par nucléon, en fonction du nombre de masse A. L’énergie de liaison est l’énergie qu’il faut fournir pour séparer le noyau en protons et neutrons ; on la calcule à partir du défaut de masse et de E = mc². Le graphe de B/A présente un maximum près du fer-56 (⁵⁶Fe). Les noyaux plus légers que le fer peuvent libérer de l’énergie par fusion, en se rapprochant du pic ; plus lourds que le fer, par fission. Les effets de couches et la structure fine des données réelles sont omis : la forme de la courbe indique si un processus sera exothermique ou endothermique.

Public : Lycée et début de licence de physique nucléaire ; astronomie — nucléosynthèse stellaire.

Notions clés

courbe d’énergie de liaison par nucléon
défaut de masse
fusion nucléaire
fission nucléaire
pic du fer
nucléosynthèse stellaire
stabilité nucléaire

Comment ça marche

En abscisse, le nombre de masse A ; en ordonnée, l’énergie de liaison par nucléon B/A (courbe schématique dans l’esprit de la formule de Bethe–Weizsäcker, pas une table de masses). Le curseur marque le A choisi. À gauche du pic du fer, la fusion est plus favorable ; à droite, la fission : les deux processus mènent à une B/A plus grande. Les effets de couches sont omis.

Questions fréquentes

Pourquoi la courbe a-t-elle un maximum vers le fer ?: Le fer-56 et le nickel-62 ont la plus grande énergie de liaison par nucléon — ce sont les noyaux les plus stables. Dans les étoiles, la fusion va jusqu’au fer, parce que cela libère de l’énergie. Les éléments plus lourds que le fer demandent un apport d’énergie et se forment dans les supernovæ et d’autres processus extrêmes.
Si la fusion des noyaux légers est favorable, pourquoi est-elle si difficile sur Terre ?: Il faut rapprocher des noyaux de même signe, en franchissant la barrière coulombienne. Cela exige des températures et des pressions comme au cœur d’une étoile — le but des installations de fusion contrôlée, par exemple ITER.
Toute fission libère-t-elle de l’énergie ?: Non. La fission est exothermique pour les noyaux très lourds à droite du pic (uranium, plutonium). Fissionner le fer demanderait de l’énergie. Même pour les noyaux lourds, il faut en général un neutron pour franchir la barrière d’activation.
Qu’est-ce que le défaut de masse ?: C’est la différence entre la somme des masses des protons et des neutrons libres et la masse mesurée du noyau. La masse « manquante » est l’énergie de liaison d’après E = mc² ; lors d’une fusion ou d’une fission, le changement de cette énergie se manifeste comme un dégagement ou une absorption d’énergie.

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