Soleil, oh mon Soleil !

Le Soleil ne brûle pas comme un feu de camp ou une combustion sur Terre. C’est une idée courante, mais elle est fausse : la combustion (comme quand on allume du bois) est une réaction chimique qui a effectivement besoin d’oxygène pour se produire. Or, dans l’espace, il n’y a pas d’atmosphère ni d’oxygène, et le Soleil n’en a pas besoin. 

Ce qui se passe vraiment dans le Soleil 

Le Soleil est une énorme boule de gaz (principalement de l’hydrogène, à plus de 70 %). Au centre (le noyau), la gravité comprime tellement la matière que :

La pression est colossale.

La température atteint environ 15 millions de degrés Celsius.

À ces conditions extrêmes, les noyaux d’hydrogène (des protons) se déplacent à des vitesses folles et fusionnent entre eux pour former des noyaux d’hélium. C’est ce qu’on appelle la fusion nucléaire.

Pendant cette fusion :

Une toute petite partie de la masse des atomes est convertie en énergie, selon la célèbre formule d’Einstein : E = mc² (où E est l’énergie, m la masse, et c la vitesse de la lumière).

Cette énergie est libérée sous forme de photons (particules de lumière) et de chaleur.

Cette énergie met environ un million d’années à remonter du noyau jusqu’à la surface du Soleil, puis elle rayonne dans l’espace sous forme de lumière et de chaleur que nous recevons sur Terre.

Chaque seconde, le Soleil transforme environ 620 millions de tonnes d’hydrogène en 615,7 millions de tonnes d’hélium. La différence (environ 4,3 millions de tonnes) est purement convertie en énergie !

Pourquoi on dit quand même que le Soleil « brûle » ? 

C’est juste une façon de parler courante. En réalité, le Soleil est comme un gigantesque réacteur nucléaire naturel qui fonctionne depuis 4,6 milliards d’années. Il ne s’éteindra pas de sitôt : il lui reste encore plusieurs milliards d’années de carburant (hydrogène) avant d’évoluer en géante rouge. 

En résumé :

Pas de feu → pas besoin d’oxygène.

C’est de la fusion nucléaire (pas une réaction chimique).

Le « carburant » est l’hydrogène dont le Soleil est majoritairement composé. 

Voici ce qui se passera quand le Soleil manquera d’hydrogène dans son noyau (cela arrivera dans environ 5 à 6 milliards d’années). Le processus est progressif, pas brutal. 

1. Fin de la phase stable actuelle (séquence principale)

Aujourd’hui, le Soleil fusionne l’hydrogène en hélium dans son noyau.

Quand tout l’hydrogène du noyau sera épuisé, la fusion s’arrêtera dans le centre.

Le noyau (principalement de l’hélium) se contractera sous l’effet de la gravité, ce qui le réchauffera énormément.

2. Phase de sous-géante puis géante rouge

La contraction du noyau chauffera une couche d’hydrogène située juste autour (shell burning) : l’hydrogène continuera à fusionner en hélium dans cette coquille.

L’énergie supplémentaire fera gonfler les couches externes du Soleil de façon spectaculaire.

Le Soleil deviendra une géante rouge :

Son rayon augmentera jusqu’à environ 150 à 200 fois sa taille actuelle (certains modèles disent jusqu’à ~250-300 fois dans les phases les plus extrêmes).

Sa surface deviendra plus froide (environ 3000 K au lieu de 5800 K aujourd’hui), donc elle paraîtra rouge orangé.

Sa luminosité augmentera énormément (jusqu’à plusieurs centaines ou milliers de fois plus brillante).

Cette phase durera environ 1 milliard d’années (avec des sous-phases).

Conséquences pour le Système solaire : 

Mercure et Vénus seront très probablement englouties et vaporisées.

La Terre : son sort est incertain. Même si elle n’est pas avalée, les océans s’évaporeront, l’atmosphère sera arrachée, et la surface deviendra un désert brûlant bien avant que le Soleil n’atteigne sa taille maximale. La vie telle que nous la connaissons sera impossible depuis bien plus longtemps (dans « seulement » 1 milliard d’années environ, le Soleil deviendra déjà trop chaud pour la Terre habitable).

Mars et les planètes externes survivront probablement, mais avec un Soleil beaucoup plus gros et plus lumineux dans le ciel.

3. Fusion de l’hélium (le « flash d’hélium »)

Après environ 1 milliard d’années en géante rouge, le noyau d’hélium deviendra assez dense et chaud.

Il se produira un flash d’hélium (helium flash) : en quelques minutes, une grande quantité d’hélium fusionnera en carbone (et un peu d’oxygène) via le processus triple-alpha. C’est une explosion nucléaire très rapide dans le noyau, mais elle reste contenue à l’intérieur de l’étoile.

Après ce flash, le Soleil entrera dans une phase plus stable de fusion d’hélium dans le noyau (comme une « séquence principale de l’hélium »), mais beaucoup plus courte (environ 100 millions d’années). Il rétrécira un peu et deviendra une géante jaune ou rouge moins extrême.

4. Fin de vie : nébuleuse planétaire et naine blanche

Quand l’hélium du noyau sera épuisé, le noyau se contractera à nouveau, et une coquille d’hélium fusionnera autour.

Le Soleil gonflera encore une fois (seconde phase de géante rouge, plus courte).

Il perdra une grande partie de ses couches externes dans des vents stellaires violents, formant une nébuleuse planétaire (un magnifique nuage de gaz en expansion, qui ressemble à une planète vue au télescope, d’où le nom).

Ce qui restera du noyau deviendra une naine blanche : un objet très dense (taille de la Terre environ, mais masse du Soleil), composé principalement de carbone et d’oxygène. Elle brillera encore pendant des milliards d’années en refroidissant lentement, sans plus de fusion nucléaire.

Le Soleil ne deviendra pas une supernova (il est trop peu massif pour ça). Il finira sa vie paisiblement comme naine blanche, entourée des restes de sa nébuleuse.

En résumé, dans ~5 milliards d’années :

Noyau sans hydrogène → contraction → fusion en coquille → géante rouge (Terre probablement inhabitable ou détruite).

Flash d’hélium → fusion d’hélium.

Perte de masse → nébuleuse planétaire.

Reste → naine blanche.

C’est le destin normal d’une étoile comme le Soleil (de masse intermédiaire).