MATIÈRE (physique) États de la matière
La richesse des états de la matière
La thermodynamique peut donc s'appliquer à des propriétés très différentes du caractère fluide ou solide d'un corps et, partant, va permettre l'exploration d'états nouveaux d'un système. Ces états constituent autant d'aspects intéressants de « manière d'être » pertinente de la matière, et le xxe siècle verra une explosion de sujets relatifs à ces propriétés nouvelles. Sans entrer dans les détails, expliquons que des états nouveaux, posant des questions nouvelles, apparaissent lorsqu'on considère des molécules ou des corpuscules de matières anisotropes (ayant une orientation préférentielle) ou bien lorsqu'on considère des milieux inhomogènes, ou bien enfin lorsqu'on s'interroge sur des propriétés structurelles, des organisations aux géométries particulières.
Les milieux anisotropes peuvent conduire, par exemple, à l'étude de transitions entre un comportement parfaitement transparent d'un système et un comportement polarisant. Ainsi, sous l'effet d'un champ électrique, la maille élémentaire d'un cristal peut changer de forme, passer de carrée à rectangulaire, et provoquer un effet notable sur les rayons lumineux qui le traversent (polarisation). Autre exemple lié à l'anisotropie, si l'on place dans un liquide certaines molécules longues en forme de bâtonnets, on observera, en fonction de la concentration en molécules, des transitions de phase correspondant à des configurations aléatoires des molécules, des configurations plus ordonnées où les molécules sont parallèles mais réparties de façon aléatoire, puis des configurations où les molécules sont parallèles et parfaitement alignées dans des couches régulièrement espacées. Ce sont les cristaux liquides utilisés par exemple pour l'affichage des calculatrices ou des portables.
Les milieux inhomogènes, dispersés, fournissent d'autres exemples saisissants d'états de la matière qui ne sont pas réductibles à une division schématique en liquide-fluide. Prenons le cas des argiles. Les argiles sont des pâtes contenant des suspensions très concentrées de microcristaux en forme de disque. Lorsqu'ils sont assez « à l'aise », ces disques sont répartis de façon homogène, désordonnée, et l'argile est une pâte presque solide : on peut la couper au couteau. Sous pression (plus exactement, sous cisaillement), les disques s'empilent et glissent les uns sur les autres comme des piles d'assiettes : l'argile se met à couler comme un liquide (d'où les dramatiques glissements de terrain). On observe donc une transition de comportement sous contrainte (appelée thixotropie) reflétant, effectivement, des états différents de l'argile. Des effets analogues sont exploités pour la mise au point de peintures que l'on coupe au couteau dans le bac, et qui s'étalent comme un liquide lorsqu'on les applique (principe des peintures qui ne gouttent pas).
D'autres effets structurels permettent d'étudier des états plus éloignés encore du fluide ou du solide, mais néanmoins pertinents du point de vue de la science contemporaine : comportement des mousses, des mélanges granulaires, etc.
Après ce tour d'horizon des états de la matière apparaissant en physique de la matière condensée, il convient de décrire, comme singuliers, mais importants, l'état plasma et l'état superfluide quantique.
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Écrit par
- Vincent FLEURY : chargé de recherche au C.N.R.S., laboratoire de physique de la matière condensée, École polytechnique, Palaiseau
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Médias
États désordonnés de la matière
Encyclopædia Universalis France
Éolipile
D.R.
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
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