SI J'ÉTAIS UN ATOME…? Minatec Grenoble, Section Nano@school  

 

PONTON Margot, DOUETTE Emilie, ROSIER Camille 

06/12/2018 

SCIENCE SPÉ PHYSIQUE-CHIMIE – CLASSE DE TS 9 et TS10 

 

 

 

 

 

 

~Rien n'est indifférent, rien n'est impuissant dans l'univers ; un atome peut tout 

dissoudre, un atome peut tout sauver ~ 

~Un jour, à force de fouiller l'atome, un savant expliquera peut-être la joie et la 

paix de l'esprit par des formules mathématiques.~ 

INTRODUCTION: 

Grâce à notre professeur de spécialité physique-chimie nous avons eu la chance                       

de participer à un programme nommé Nano@school organisé par le centre universitaire                       

Minatec à Grenoble. Nous avons pour cela préparé notre visite en choisissant un thème                           

afin de trouver les réponses nécessaires pour en rédiger un rapport. ET nous avons donc                             

choisi les ATOMES !  

 

 

Pour répondre à ce sujet nous nous sommes posés plein de questions !  

1) est ce qu’ils ressentent la chaleur / changement de température? 2) est ce que les atomes ressentent les même sensations (gazeux, solide, liquide) ? 3) est ce qu’ils subissent la gravité? 4) quelles sont les interactions entre les atomes liquides et gazeux et solides? 5) est ce qu’ils souffrent quand ils perdent leur liaisons? 

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6) est ce qu’il y a une différences entre les atomes stables et instables? 7) qu’est ce qu’il se passe quand un atome rencontre une molécule? 8) d’où proviennent les atomes? 

 

Mais avant de donner certaines réponses à ces questions nous allons présenter 

notre ami ATOME ! 

 

 

Le mot atome vient d’un mot en grec ancien signifiant insécable. Ceux-ci                       pensaient que les atomes étaient les plus petites particules formant la matière.                       Cependant de nos jours nous savons que ce n’est pas le cas. Un atome est principalement                               constitué de vide et de trois particules: les électrons, les protons et les neutrons. Les protons et les neutrons forment ensemble le noyau de l’atome. Celui ci est entouré de                               plusieurs couches d’électrons en mouvement. Un atome a une taille nanométrique de                       grandeur environnante 10-10 m et une forme que nous pouvons qualifier de sphérique à                           cause des couches d’électrons. Sa masse est presque entièrement centrée dans son                       noyau. La masse d’un proton et d’un neutron est similaire tandis que celle d’un électron                             est 1840 fois inférieure à celle d’un proton. Les protons et les neutrons sont formés de                               quarks liés par des gluons  

Origine de ATOME:  

  

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Tous les atomes qui nous entoure existent depuis aussi longtemps que la science                         peut l’imaginer. Les tous premiers noyaux à apparaître sont ceux des atomes                       d’hydrogène et d’hélium juste après le Big Bang pendant ce que l’on appelle la                           nucléosynthèse primordiale qui a duré aux alentours de 3 minutes. Pour ces formations                         il fallait une température très élevée et maintenue assez longtemps. Mais au vue de                           l'expansion de l’univers les fusions nucléaires qui formaient les noyaux d’hélium se sont                         stoppées. 

Pour former des atomes plus massif comme l’azote il a fallu attendre que les                           premières étoiles apparaissent. Ainsi c’est dans leur centre que ces noyaux d’atomes ont                         pu se former grâce aux fusions nucléaires qui se déroulaient dans les étoiles. 

MATÉRIEL 

 

Lors de notre visite de Minatec un dispositif haptique a été mis à notre                           disposition. Cet appareil nous a permis, dans une certaine mesure, de ressentir                       comme un atome lorsque celui ci se déplace sur des matières différentes. Grâce à                           ce dispositif nous avons pu également nous rendre dans le monde nanométrique                       en ayant la sensation de la force que déploie l’atome pour se déplacer. Nous                           pouvons affirmer que le retour de force était impressionnant. Bien entendu tout                       cela est permis virtuellement grâce à une manette qui nous permet de naviguer                         dans ce mode virtuel et dans notre cas celui de l’atome,et qui nous permet un                             certain ressenti tactile et la perception kinesthésique(c’est-à dire le retour de                     force).  

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PROCÉDURE 

1. Nous nous sommes installées devant un écran relié au dispositif haptique. En                         

manipulant la manette on pouvait manipuler l'atome sur l'écran et le faire se                         

déplacer sur différentes matière pour qu'on puisse ressentir les caractéristiques                   

des matières comme l'atome. Nous l'avons fait tout d'abord dans le monde                       

macroscopique puis dans le nanométrique.  

 

 

 

 

 

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EXPÉRIENCES  

MATÉRIAUX  IMAGES  SENSATION  

Eau  

 

Au point de vue macroscopique quand un atome est sur l’eau on a 

l’impression d’être sur une surface lisse, comme si on 

glissait tranquillement! Mais au niveau 

nanométrique ce n’est plus lisse, nous devons forcer 

pour passer au dessus des bosses !   

Bois 

 

Au point de vue macroscopique quand un atome est sur du bois on 

arrive à ressentir toutes les petites failles, craquelures 

de l'écorce! Mais au niveau 

nanométrique on ressent la même chose que pour l’eau au même niveau. Il y a une résistance qui s’exerce sur 

un milieu de trous et de bosses ( cf image 2 dans la 

procédure) 

Moquette verte   

 

Au point de vue macroscopique lorsque 

l’atome passe sur la moquette nous avons 

vraiment l’impression de rouler avec un cadi sur de 

la moquette au supermarché ! Il y a un peu 

de résistance dû aux frottements tout en restant 

doux et délicat !  Il reste le niveau 

nanométrique qui est le même que les deux autres 

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précédents ! 

Mur en crépis jaune  

 

Au point de vue macroscopique lorsque 

l’atome est sur ce mur en crépis jaune nous 

ressentons toutes les petites pointes créées lors du 

dépôts de crépis sur le mur. Ce qui par conséquent a un aspect rugueux qui procure un peu de résistance mais 

très légère!  Sur le point nanométrique 

nous sommes toujours pareil !   

Grillage serré en fer  

 

Au point de vue macroscopique, lorsque 

l’atome est sur le le grillage on ressent tous les petits trous dû au quadrillage 

comme lorsqu’on fait rouler sa valise sur 

l’escalator de l’aéroport ! Au point de vue 

nanométrique c’est exactement pareil que pour 

les autres !  

 

 

 

 

 

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RÉPONSES AUX QUESTIONS :  

1.   Les petites particules dans les solides, liquides et gazeux sont toujours en                       

mouvement. C’est le mouvement des particules qui crée une forme d’énergie                     

appelée énergie thermique qui est présente dans toutes les matières. Les                     

particules dans les solides sont étroitement rangées et ne peuvent que vibrer. Les                         

particules dans les liquides vibrent aussi mais sont capables de bouger librement.                       

Dans les gaz, les particules bouge librement avec un mouvement rapide et                       

aléatoire (= le mouvement Brownien). Sans pouvoir réellement détecter un                   

changement de température/ chaleur, les atomes ont plus ou moins de liberté et                         

de vitesse selon la chaleur. Plus un liquide est chaud plus les atomes s’agitent vite                             

et inversement.  

2.   Un atome seul est instable et donc ne peut être ni liquide, solide ou gazeux.                             

Il forme toujours des molécules avec les atomes environnants. La seule différence                       

entre une espèce solide, liquide, gazeuse est l’organisation des atomes. Dans un                       

solide les atomes sont étroitement organisés et ne peuvent pas bouger. Dans un                         

liquide les atomes sont moins serrés leur laissant la capacité de bouger. Dans un                           

gaz, les atomes ont une liberté totale. Selon la forme l’atome possède donc plus ou                             

moins de liberté. 

 

3.   La gravité affecte les atomes de la même manière que cela affecte                       

n’importe quelle matière. Tous les atomes créent leur propre champs                   

gravitationnel qui attire toutes les autres matières dans l’univers. Si on assemble                       

plusieurs d’atomes ensemble, comme une planète ou une étoile, tous les petits                       

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champs gravitationnel ajoutés, créent une attraction bien supérieure. Si on                   

pouvait tenir un atome dans la main et le lâcher, il tomberait par terre, tout                             

comme un livre.  

 

4.   Un atome seul ne peut être ni liquide ni solide ni gazeux. Un atome est en                               

plus très instable lorsqu’il reste seul puisqu’il lui manque un certain nombre                       

d’électrons afin de rester stable. Lorsqu’on parle de solide, liquide ou gaz, on parle                           

alors de molécules. Les seuls atomes échappant à cette loi sont les gaz nobles.  

 

5.   Il y a deux genres de liaisons liant les atomes. Il y a d'abord et                             

principalement les liaisons covalentes, celles-ci sont formées lorsque deux atomes                   

partagent des paires d’électrons. Dans les liaisons covalentes, la stabilité de la                       

liaison vient de l’attraction électrostatique entre les deux noyaux chargés                   

électroniquement positif et les électrons négatifs partagés entre deux atomes.                   

L’autre type majeur de liaison chimique est la liaison ionique. Contrairement aux                       

liaisons covalentes, une liaison ionique est formée quand des ions positivement                     

chargés s’attirent l’un à l’autre. En outre un atome ne possède pas de centre                           

nerveux ni de nocicepteurs (récepteur à la douleur). Il ne peut donc pas souffrir                           

lorsqu’il perd une liaison, il devient juste instable. 

 

6.   Il existe des forces au sein même des atomes qui expliquent le                       

comportement des protons, neutrons et électrons. Sans ces forces, un atome                     

n’existerait pas puisque rien ne retiendrait les protons et neutrons ensemble dans                       

le noyau. Une force appelée interaction forte oppose et surpasse la force de                         

répulsion entre les protons et permet de maintenir le noyau. L’énergie associée à                         

l’équilibre entre l’interaction forte et la force de répulsion est appelée énergie de                         

liaison. Les électrons sont gardés en orbit autour du noyau grâce à l’attraction du                           

champs électromagnétique entre les charges positives des protons et les charges                     

négatives des électrons. Dans certains atomes, l’énergie de liaison est suffisante                     

pour maintenir le noyau. Le noyau de ces atomes est dit stable. Dans certains                           

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atomes, au contraire, l’énergie de liaison n’est pas suffisante pour maintenir le                       

noyau. Le noyau de ces atomes est dit instable. Un atome instable est également                           

appelé un atome radioactif. Les atomes instables doivent alors perdre ou gagner                       

des électrons ou des protons afin de devenir stable. 

 

7.   Les collisions moléculaires et atomiques sont les interactions physiques des                   

atomes et des molécules quand ils se trouvent proche les uns des autres ou                           

d’électrons, protons, neutrons ou ions. Cela comprend la conservation d’énergie                   

de diffusion élastique et de diffusion inélastique. Ces collision nous informent sur                       

la structure et les propriétés de la matière. 

 

8.   Les premiers atomes apparu grâce au Big Bang seraient les atomes                     

d’hydrogène et d’hélium. Cette période, d’une durée de trois minutes seulement et                       

d’une température de 10 milliards de degrés, a suffi pour engendrer ces premiers                         

atomes primordiaux. 

Les atomes comme le carbone, l’azote ou l’oxygène eux sont plus massifs et ont été                             

formés au sein d’étoiles. Au cœur de ces astres, des réactions nucléaires façonnent                         

en permanence de nouveaux noyaux. Ils sont ensuite transformés pour                   

finalement rejoindre le milieu interstellaire à la mort de l’étoile.  

 

PETITES ANECDOTES SCIENTIFIQUES : 

 

1. Les scientifiques estiment le nombre de particules subatomiques (dans un atome) à environ 200 

2. Il y aurait environ atomes d’oxygène dans une goutte d’eau01 21  

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 3. Il existe 92 atomes naturels différents 4. Un cheveux contient environ 1 million d’atomes de carbone 

 5. Tous les ans notre corps remplace environ 98% de ses atomes 6. Nous sommes constitués de 7 milliard de milliard de milliard d’atome ( sans01 27  

conviction) 7. Le nombre d’atomes dans une cuillère est 3 fois supérieure au nombre de cuillère 

d’eau dans l’océan Atlantique 8. L’ADN est constitué de molécules enchevêtrées les unes avec les autres. Si l’ADN 

présent dans toute les cellules était étiré cela serait équivalent à 70 aller-retours vers le Soleil. 

9. Il y a plus de possibilités aux échecs que d’atomes dans l’univers observable 

 10. On ne touche jamais véritablement rien dans notre vie. Ce que nous assimilons au 

touché est l’interprétation de notre cerveau de la force électromagnétique entre deux atomes créée par la répulsion des électrons. Au plus proche nos particules peuvent se rapprocher à environ d’une autre particule. Si deux particules se0 m1 −8  

touchaient véritablement cela créerait une explosion nucléaire. Le seul moyen pour quelqu’un de véritablement toucher est de partager un/plusieurs électrons avec une autre personne. Cela ne peut se produire qu’à deux occasions dans toute une vie, à notre création et à notre procréation. En effet pour faire un enfant, la mère et le père partage des électrons à partir de leur gamètes pour former un futur foetus. Les seules personnes que nous pouvons véritablement toucher sont nos enfants et nos parents. 

11. Un électron est 1836 fois plus petit qu’un proton/neutron. 12. Si on supprimait le vide présent dans tous les atomes, l’humanité toute entière 

pourrait rentrer dans une pomme. 

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 13. 1 atome de potassium sur 8000 est un isotope radioactif du potassium. Manger 600 

bananes (riches en potassium) est équivalent à se faire une radiographie du thorax  

CONCLUSION Notre cher ami ATOME nous en a appris beaucoup sur sa nature, son ressenti ainsi 

que son comportement! Atome ressent entre autre tous ce que nous ressentons sur 

le point de vue macroscopique mais sur le point de vue nanométrique il ressent 

beaucoup plus de forces. Grâce aux questions posées nous avons pu comprendre 

d’où il venait, pourquoi parfois il était liquide/ gazeux ou solide, pourquoi son 

comportement était instable ou pas, etc… 

Mais pas seulement nous avons aussi appris des petites anecdotes sur lui et ses 

semblables !! Parfois très impressionnantes et d’autres assez humoristiques ! 

Nous espérons que la rencontre avec Atome a su vous faire voyager dans une 

dimension lointaine.   

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