E = mc² : la masse est de l'énergie

La formule la plus célèbre

En septembre 1905, Albert Einstein, 26 ans, envoie à la revue Annalen der Physik un article de trois pages : « L'inertie d'un corps dépend-elle de son contenu en énergie ? ». Sa réponse tient en une formule.La vitesse de la lumière, c'est environ 300 000 kilomètres par seconde ; au carré, un nombre gigantesque. Résultat : un gramme de matière contient 90 000 milliards de joules, soit 25 millions de kilowattheures. Autant que 2,8 millions de litres d'essence brûlés.
La masse est donc une forme d'énergie, la plus concentrée qui soit. Et l'inverse est vrai aussi : toute énergie a une masse.Le terme mc² apparaissait déjà, en filigrane, dans l'article sur la relativité, envoyé en juin 1905. L'article sur la masse et l'énergie, reçu par la revue le 27 septembre, paraît le 21 novembre 1905.

Le Soleil maigrit

Au cœur du Soleil, à 15 millions de degrés, les noyaux d'hydrogène fusionnent pour donner de l'hélium. Le noyau d'hélium pèse un peu moins que les quatre noyaux d'hydrogène qui l'ont formé :Chaque seconde, le Soleil change environ 600 millions de tonnes d'hydrogène en 596 millions de tonnes d'hélium : il perd plus de 4 millions de tonnes par seconde, qui partent en lumière et en chaleur. C'est cette lumière qui vous éclaire et qui fait pousser les plantes (chapitre 2).

L'uranium, et la bombe

Dans une centrale nucléaire, c'est l'inverse de la fusion : un gros noyau d'uranium 235 se casse en deux, la fission. Les morceaux pèsent environ 0,1 % de moins que le noyau de départ ; cette masse manquante devient chaleur, qui fait bouillir de l'eau, dont la vapeur fait tourner un alternateur.

• un gramme d'uranium 235 entièrement cassé donne environ 23 000 kWh de chaleur ;
• une pastille de combustible, de la taille d'un bout de doigt, fournit à peu près autant d'électricité qu'une tonne de charbon.

La même physique a servi, hélas, à la bombe d'Hiroshima, le 6 août 1945 : l'équivalent d'environ 15 000 tonnes de TNT. La masse changée en énergie : moins d'un gramme.La fusion du Soleil, on cherche à la reproduire pour produire de l'électricité : le réacteur expérimental ITER est en construction à Saint-Paul-lez-Durance, dans les Bouches-du-Rhône, à côté du centre de Cadarache.

Même la chimie

Brûler du bois, recharger une batterie : c'est la même chose, en infiniment plus petit. Quand la chimie libère de l'énergie, la masse diminue aussi, mais si peu qu'aucune balance ne peut le voir.

• une batterie de voiture de 50 kWh, pleine, pèse environ 2 millionièmes de gramme de plus que vide ;
• une tasse de café, chauffée de 80 degrés, pèse environ un milliardième de gramme de plus que froide.

C'est pour cela que Lavoisier pouvait dire, à raison, que la masse se conserve en chimie (chapitre 3) : à sa précision, la différence était invisible.