États de la matière

Note:

Il existe aussi d'autres états un peu plus exotiques, tel que plasma, cristal liquide, condensat de Bose-Einstein et superfluide.

Plasma: c'est, en physique, un milieu constitué de particules neutres, d'ions et d'électrons.

La transformation d'un gaz vers un plasma (gaz ionisé) ne s'effectue pas à température constante pour une pression donnée, avec une chaleur latente de changement d'état, comme pour les autres états, mais il s'agit d'une transformation progressive. Lorsqu'on chauffe un gaz suffisamment, les électrons des couches extérieures peuvent être arrachés lors des collisions entre particules, ce qui forme le plasma. Alors que le plasma est globalement neutre, la présence de particules chargées donne naissance à des comportements inexistants dans les fluides, en présence d'un champ électromagnétique, par exemple.

Un plasma peut également se former à basse température si la source d'ionisation lui est extérieure. C'est le cas de l'ionosphère, cette couche élevée de l'atmosphère terrestre qui, bien que froide, subit en permanence un intense bombardement ionisant de particules venant du soleil. Les aurores polaires sont l'une des manifestations de ce plasma.

Cet état est le plus représenté dans l'univers, dans les étoiles, le milieu interstellaire et aussi l'ionosphère terrestre (99%).

À une autre échelle, on trouve également des plasmas dans les tubes fluorescents (improprement appelés néons), les propulseurs spatiaux et ils sont couramment utilisés dans l'industrie notamment en micro-électronique.

Cristal liquide: deux termes plutôt contradictoires, non ?

Les liquides coulent, les solides non. Les molécules dans les solides peuvent être rangées, mais les molécules dans les liquides ne le sont pas. Ou le sont-elles ? Il est parfois possible pour un matériau de s'écouler comme un liquide même si ses molécules sont bien ordonnées. Pense à un paquets de troncs descendant une rivière en flottant. Ils s'écoulent très bien, mais ils restent toujpours ordonnés, pointant vers la même direction.

C'est ainsi que se comportent les molécules dans les cristaux liquides. Comme les liquides, elles s'.coulent et peuvent être versées. Mais leurs molécules tendent à s'aligner comme les troncs descendant la rivière. Dans ce type de matériau, les molécules sont longues, minces et rigides ... comme des troncs. C'est ce qui arrive dans certains polymères.

Condensat de Bose-Einstein: la condensation de Bose-Einstein est l'apparition d'un état particulier d'un gaz quantique à très basse température.

Les condensats de Bose-Einstein ont montré des caractéristiques surprenantes. Comme ses atomes se déplacent et réagissent collectivement, un condensat se comporte comme un fluide parfait, qui s'écoule sans viscosité ni perte d'énergie.

La première observation de la condensation de Bose-Einstein d'un gaz atomique a eu lieu en 1995, suite au travail d'Eric Cornell et Carl Wieman (University of Colorado) qui refroidirent un gaz de rubidium à des températures inférieures à 170 nanokelvins, c'est-à-dire à 0,000 000 02 degrés au-dessus du point zéro absolu. Cette expérience leur valut de partager le Prix Nobel de physique 2001 avec Wolfgang Ketterle.

Superfluide: La superfluidité est un état quantique de la matière qui a été découvert pour la première fois en 1937 par Pyotr Leonidovitch Kapitsa, simultanément avec, semble-t-il, John F. Allen et A. Don Misener. Les physiciens mentionnés ci-dessus ont constaté qu'en dessous de la température critique de 2,17 Kelvin, (soit -270,98°C), ce que nous appelons le point lambda (λ), l'hélium 4 subissait une transition de phase. Il passait d'un état liquide à un autre aux propriétés sensiblement différentes. En effet, l'expérience, confirmée par la suite, montra que ce nouvel état de l'hélium conduisait très bien la chaleur, ce qui ne pouvait s'expliquer que par une faible viscosité. En bref, un liquide est dit superfluide s'il n'oppose aucune résistance à l'écoulement, en conséquence, les solides qui se meuvent dedans ne subissent aucun frottement visqueux. Le superfluide est toutefois différent d'un condensat de Bose-Einstein du fait des fortes interactions entre ses constituants.