ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'

L'expérience quotidienne permet à chacun d'appréhender la notion d'état de la matière (parfois appelé phase) et celle de transition de phase qui lui est étroitement liée. L'exemple typique est celui des trois états si différents que prend l'eau lorsque sa température varie : à partir de 0 ⁰C, les cristaux de glace solide, isolés dans la neige ou assemblés en réseau de grande taille dans un iceberg ou sur un lac gelé, passent à l'état liquide de l'eau si indispensable à la vie, et à 100 ⁰C la vaporisation complète laisse les molécules constitutives se mouvoir de façon erratique dans un gaz. Cette succession d'états, solide, liquide et gazeux, est un phénomène assez général pour qu'il semble opportun d'en étudier les propriétés de façon unifiée. On a l'habitude d'ajouter à cette liste traditionnelle un quatrième état abondamment présent dans l'Univers, le plasma, système gazeux globalement neutre mais constitué d'atomes ou de molécules ionisés.

La diversité des états pour une notion plus générale

Les penseurs grecs soulignaient déjà la diversité des états sous lesquels apparaissent les quatre éléments : terre, eau, air et feu. L'étude scientifique des états de la matière nécessite de préciser leurs caractéristiques et de décrire quantitativement les transitions d'un système d'un état à un autre. Chaque état est déterminé par la connaissance de paramètres intensifs comme la température, la pression, le champ électrique ou magnétique. En s'écartant des conditions usuelles, l'expérience révèle alors qu'un même système solide peut se trouver sous une plus grande diversité d'états (les nombreux états de la glace ordinaire ou des aciers) qu'on caractérise parfois par leurs propriétés (état conducteur, état isolant, etc.), mais le plus souvent par leurs symétries. La simplification du classement en quatre états devient alors trop grossière. Par ailleurs, la découverte de l'état critique démontra que la distinction des états liquide et gazeux est quelque peu arbitraire, et qu'il est préférable de leur substituer la notion d'état fluide. La compréhension de l'état vitreux, mais aussi des cristaux liquides, des gels, des argiles ou des polymères, mit aussi à mal ce classement, que perturbaient encore davantage les découvertes de phénomènes de nature quantique comme la supraconductivité et la superfluidité.