Quatre-vingt-douze éléments tout simples.

Quelque soit la forme qu'elle prend, la matière est une combinaison en plus ou moins grande quantité des mêmes éléments fondamentaux : les atomes. On en a répertorié 92 à ce jour.

Imaginez un peu : pratiquement tout ce qui est dans l'Univers est fabriqué avec le même matériel de base! La Terre, les êtres humains, les végétaux...Et ce matériel ne date pas d'hier. D'après ce que nous savons, il a commencé à se constituer peu après le big bang, il y a 15 milliards d'années. Au moment où la lumière et la matière se séparaient, et en même temps que l'Univers entrait en expansion. Les conditions étaient alors réunies pour que les particules, les éléments de base de la matière telle que nous la connaissons, puissent se former.

 

Les bons ingrédients

Avant, l'Univers n'était qu'une soupe indescriptible, même avec les outils de la physique moderne. Le temps et l'espace n'y avaient pas le sens que nous leur donnons. La température y prenait des valeurs infinies. Lumière et matière ne faisaient qu'un. De cette soupe initiale (aussi appelée primitive ou primordiale), les quarks, constituants fondamentaux de la matière connus à ce jour, se rassemblèrent pour former des neutrons (particules sans charge), des électrons (particules chargées négativement) et des protons (particules chargées positivement). Dans les trois première minutes de cette ébauche d'énergie, les atomes les plus légers s'assemblèrent. Le plus simple, l'hydrogène, est constitué d'un seul proton autour duquel tourne un électron. Un cousin proche, le deutérium, est formé d'un proton, d'un neutron et toujours d'un électron autour. Et enfin, l'hélium, qui comprend un noyau fait de deux neutrons et de deux protons, et de deux électron périphériques. A cette époque, aucune structure complexe n'est encore constituée. Mais la matière de l'Univers est là : environ 90% de deutérium, 10% d'hélium et un peu de lithium...

 

Le rêve des alchimistes

Sous l'effet de la force de gravité, cette matière désorganisée se structure peu à peu en galaxies, à l'intérieur desquelles vont se former les futures étoiles. Le coeur de chaque étoile fonctionne comme un réacteur nucléaire où se produit la fusion de la matière : de nouveaux éléments s'élaborent alors à partir de l'hydrogène. L'étoile est donc un vaste creuset à l'intérieur duquel la matière devient de plus en plus complexe : les réactions de fusion de l'hélium donne successivement le béryllium, le carbone et l'oxygène. Lorsqu'il n'y a plus d'hélium, d'autres éléments se forment à partir du carbone et de l'oxygène : néon, magnésium, phosphore, silicium et fer. Quand il n'y a plus que du fer, le coeur se contracte et l'étoile implose. Tous les autres éléments se forment alors en quelques jours. C'est donc au fil de l'évolution des étoiles que la matière passe des éléments légers aux plus lourds. Mais seules les étoiles grosses comme vingt-cinq soleils vont jusqu'au bout de cette "nucléosynthèse".

 

Une simplicité apparente

Aujourd'hui, 92 éléments sont identifiés, étudiés et rangés. La première véritable classification a été proposée par le Russe Dimitri Ivanovitch Mendeleïev en 1869. Mais il ne prend pas en compte la présence de l'électron et sa classification est encore un peu empirique. Il faudra attendre le Danois Niels Bohr, en 1922, pour avoir une classification plus complète. Aujourd'hui, de l'hydrogène à l'uranium, tous les éléments simples ont été identifiés, et aucun autre n'a été mis en évidence dans l'Univers.

Mais les scientifiques aiment bien aller toujours plus loin. Ils essaient donc de pousser la matière dans ses derniers retranchements et explorent l'intérieur de l'atome à la recherche de particules élémentaires constituées des atomes - quark, électron, gluon et autres bosons...

Ils proposent aujourd'hui un modèle standard de ce qui constitue la matière et les forces assurant sa cohésion. Ce modèle met en scène 17 particules - sortes de briques nécessaires à la construction de tous les atomes....Dix-sept multipliés par deux! Car chaque particule possède son antiparticule : le proton a son antiproton, le neutron son antineutron, l'électron son positron. Les protons (les particules sans masse véhiculant la lumière),  quant à eux, font bande à part, car ils semblent être tout à la fois particules et antiparticules.

 

Souvenir d'Hélios

En décomposant la lumière qui provient des étoiles, on obtient un spectacle dans lequel se distinguent des raies, les longueurs d'onde. Ces traits sont les signatures des éléments composant l'objet visé. Dans les années 1880, des spectres pris au cours d'une éclipse solaire révélèrent la présence d'un nouvel élément inconnu jusqu'alors. En référence à la source lumineuse (le soleil, hélios en grec) qui l'avait révélé, cet élément fut appelé hélium.