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Sciences

La synthèse

E=mc2

Par Janus Maat - Publié le 11 novembre 2021

Il n’y a aucun doute, cette équation est la plus connue au monde. On ne compte plus les T-shirt, casquettes, statuettes, posters, mugs… à l’effigie d’un Einstein hirsute tirant la langue, barré de cette inscription en police de caractère géante.

E=mc2

Nombreux sont ceux capables de citer la formule sans vraiment savoir ce que représentent E, m ou c2 dans cette équation. Je me lance alors un défi : à la fin de ces 3 minutes de lecture, vous serez capables de comprendre cette mystérieuse équation et même de l’expliquer au diner ce soir à vos proches. Commençons par la première lettre, E.

E est l’énergie disponible, appelée également énergie potentielle, contenue dans une quantité de matière de masse. Ce qu’on appelle de l’énergie potentielle, c’est de l’énergie qui est potentiellement libérable si nous allumons une mèche par exemple, initions une combustion ou mélangeons des réactifs chimiques entre eux. Ce type d’énergie, nous la générons tous les jours lorsque nous portons un verre d’eau à la bouche par exemple. Le fait de lever le verre transforme l’énergie chimique de vos muscles, en énergie potentielle. Le verre est soulevé de la table, et tant que vous n’ouvrez pas vos doigts, il restera à hauteur. Par contre, il a bien emmagasiné de l’énergie, même si vous ne le voyez pas. Il suffit pour cela d’ouvrir votre main, et vous le verrez tomber, en prenant de la vitesse. L’énergie potentielle que vous lui avez fourni, au travers de vos muscles, s’est transformé en énergie de vitesse dite cinétique qui est d’autant plus grande que le verre tombe vite. Elle révélera sa puissance lorsque le verre se brisera au sol. Tout processus physique n’est que transfert d’énergies. Newton en voyant tomber la pomme de l’arbre l’avait bien compris, et Lavoisier l’avait même résumé par cet aphorisme qu’on lui attribue (le savant grec Anaxagore de Clazomènes serait en fait le premier à avoir formulé ce principe) :

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

Einstein, au travers de ses équations de 1905 arrive à la surprenante conclusion que la masse d’une particule contient intrinsèquement cette forme d’énergie potentielle. Elle est donc tout aussi invisible que ce verre que vous avez en main, mais elle peut se libérer. Mais quel est alors l’élément déclencheur, l’équivalent de vos doigts qui s’écartent ?

Irène et Frederic Joliot-Curie ont démontré qu’il suffisait d’ajouter des neutrons sur certains noyaux d’atomes stables, processus qui porte le nom d’enrichissement, pour le rendre extrêmement instable, et lui faire libérer toute son énergie de masse sous forme d’énergie nucléaire en se fissionnant. Comme si le noyau ne supportait pas ces neutrons qu’on lui force à porter. Créant du phosphore radioactif dès 1934, Frédéric et Irène Joliot-Curie appliquent ce principe à l’Uranium en 1939. Ils seront récompensés par le prix Nobel en 1935 pour ce phénomène nouveau appelé « radioactivité artificielle ». D’autres éléments, comme le radium, irradient naturellement de l’énergie en se désintégrant de manière continue, c’est ce qu’avaient déjà découvert Pierre et Marie Curie en 1898. Dans tous les cas, qu’elle soit naturelle ou artificielle, les conséquences de cette libération d’énergie nucléaire sont bien plus effroyables qu’un verre brisé. Pour quelle raison ? Tout est caché dans le dernier terme de l’équation.

c2 est la vitesse de la lumière élevée au carré (cxc). Ce chiffre est loin d’être anodin, puisque cette vitesse est gigantesque, 300 000 kilomètres par seconde ! Rendez-vous compte, un clignement de cils, et la lumière a déjà fait 4 fois le tours de la Terre ! C’est ce chiffre gigantesque qui explique la puissance des bombes atomiques. La masse peut être ridiculement petite, puisque multipliée par c2, elle libère une énergie colossale. La fission d’un gramme d’Uranium 235 par exemple, fournit autant d’énergie que la combustion de 1,6 tonnes de pétrole ! Comment dans ce cas, ne pas lire le discours Nobel de Pierre Curie en 1905 comme un incroyable avertissement à l’humanité :

« On peut concevoir encore que dans des mains criminelles le radium puisse devenir très dangereux, et ici on peut se demander si l'humanité a avantage à connaître les secrets de la nature, si elle est mûre pour en profiter ou si cette connaissance ne lui sera pas nuisible. L'exemple des découvertes de Nobel est caractéristique, les explosifs puissants ont permis aux hommes de faire des travaux admirables. Ils sont aussi un moyen terrible de destruction entre les mains des grands criminels qui entraînent les peuples vers la guerre. Je suis de ceux qui pensent, avec Nobel, que l'humanité tirera plus de bien que de mal des découvertes nouvelles » (Pierre Curie, extrait du discours Nobel du 6 Juin 1905).

En guise de conclusion, je ne peux résister au plaisir de vous proposer cette magnifique vidéo où Einstein en personne, avec son accent allemand tellement caractéristique, explique en moins d’une minute sa fameuse équation, qui illuminera j’en suis sur, l’œil de vos convives ce soir.


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