FROID, physique

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Le Frigorifique

Le Frigorifique
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Méthanier

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Les techniques cryogéniques

Les générateurs de froid les plus universellement répandus, dans les foyers comme dans les grands centres de conditionnement agroalimentaire, utilisent les échanges thermiques d'un fluide circulant en circuit fermé, alternativement comprimé et détendu. Durant la compression, sa température s'élève (comme dans une pompe à air), mais la pression est suffisamment forte pour qu'il se liquéfie ; on le fait alors circuler dans un radiateur externe où il revient à la température ambiante. Il est ensuite détendu, ce qui provoque évaporation et abaissement de température ; le gaz froid circule dans un échangeur qu'il refroidit. Il existe une multitude de variantes autour de ce schéma, concernant la nature du fluide et la façon de le comprimer et de le détendre, adaptées aux spécificités de l'utilisation. Cependant, qu'il s'agisse d'un petit réfrigérateur de camping ou des gigantesques usines à froid des entrepôts alimentaires ou des navires méthaniers, le principe est le même. Les fluides les plus utilisés sont : l'eau, essentiellement pour les climatiseurs ; le gaz ammoniac, bon marché, peu corrosif et non polluant, mais inflammable et toxique ; les chlorofluorocarbures (CFC), inodores, non toxiques, efficaces, mais hautement nuisibles à l'environnement (destruction de la couche d'ozone). Ces derniers, dont l'abandon progressif a été décidé lors du protocole de Montréal (1987), ont été remplacés par des composés moins nocifs, comme les hydrofluoroalcanes (HFA) qui sont moins stables et donc décomposés avant d'atteindre la stratosphère, mais un peu moins satisfaisants au point de vue frigorifique. Compte tenu de l'importance du marché, l'industrie chimique mondiale cherche activement le fluide idéal.

Lorsqu'il s'agit d'obtenir de très forts refroidissements, par exemple pour liquéfier les gaz de l'air ou le méthane, on a recours à un refroidissement en cascade utilisant une batterie de compresseurs où chacun produit le froid nécess [...]


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BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE

  • Écrit par 
  • Elisabeth GIACOBINO
  •  • 2 756 mots

Dans le chapitre « La recherche de la condensation de Bose-Einstein »  : […] Plusieurs équipes scientifiques avaient entrepris une recherche de longue haleine pour mettre en évidence cette condensation dans des conditions proches de celles d'un gaz parfait. Pionniers dans cette véritable quête du Graal, Dan Kleppner et ses collaborateurs au M.I.T. avaient choisi l'hydrogène comme particule à condenser. En effet, les atomes d'hydrogène soigneusement préparés, avec leurs sp […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/condensation-de-bose-einstein/#i_70700

CORNELL ERIC A. (1961- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 404 mots

Physicien américain, co-lauréat avec Carl Wieman et Wolfgang Ketterle du prix Nobel de physique 2001 pour la découverte du premier condensat de Bose-Einstein. Né le 19 décembre 1961 à Palo Alto (Californie), Eric A. Cornell est le fils d'un professeur de génie civil au Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) de Cambridge (États-Unis). Après avoir commencé ses études supérieures en physique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/eric-a-cornell/#i_70700

GIAUQUE WILLIAM FRANCIS (1895-1982)

  • Écrit par 
  • Georges BRAM
  •  • 359 mots

Physico-chimiste américain né à Niagara Falls (Canada), mort à Berkeley (Californie). William Francis Giauque soutient en 1922 sa thèse de doctorat à l'université de Berkeley, où il effectuera toute sa carrière scientifique : il y est nommé assistant en 1922, professeur la même année, et y prend sa retraite en 1962. Théoricien de talent et excellent expérimentateur, Giauque va appliquer avec succè […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/william-francis-giauque/#i_70700

KAMERLINGH ONNES HEIKE (1853-1926)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 371 mots

Né le 21 septembre 1853 à Groningue (Pays-Bas), Heike Kamerlingh Onnes était issu d'une famille de riches marchands et industriels. Après des études à l'université de Groningue, interrompues par un séjour de trois semestres à Heidelberg où il côtoya Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, il soutint sa thèse de doctorat en 1879 sur « de nouvelles preuves de la rotation axiale de la Terre ». Après quelq […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/heike-kamerlingh-onnes/#i_70700

KETTERLE WOLFGANG (1957- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 322 mots

Physicien allemand, colauréat avec Eric Cornell et Carl Wieman du prix Nobel de physique 2001 pour la découverte du condensat de Bose-Einstein. Né le 21 octobre 1957 à Heidelberg, Wolfgang Ketterle a effectué ses études supérieures à l'université de Heidelberg puis à l'université technique de Munich. Il fait ses premières recherches sur l'analyse expérimentale des semiconducteurs par spectroscopi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/wolfgang-ketterle/#i_70700

LEE DAVID (1931- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 362 mots

Né le 20 janvier 1931 à Rye, dans l'État de New York, David Lee fit ses études supérieures à Harvard puis à l'université du Connecticut ; il soutint sa thèse en 1959 à l'université Yale et rejoignit aussitôt l'université Cornell où il effectua toutes ses recherches. Avec son collègue Robert C. Richardson et leur étudiant Douglas Osheroff, ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-lee/#i_70700

OSHEROFF DOUGLAS DEAN (1945- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 364 mots

Né le 1 er  août 1945 à Aberdeen, dans l'État de Washington, Douglas Dean Osheroff finissait ses études doctorales à l'université Cornell lorsqu'il découvrit, avec ses directeurs de thèse David Lee et Robert C. Richardson, que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une température de quelque 2 millikelv […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/douglas-dean-osheroff/#i_70700

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  • Bernard PIRE
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Né le 26 juin 1937 à Washington, Robert Coleman Richardson soutint sa thèse de doctorat en 1966 à l'université Duke en Caroline du Nord et devint professeur à l'université Cornell en 1967. Avec son collègue David Lee et leur étudiant Douglas Osheroff, ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une tempé […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/robert-coleman-richardson/#i_70700

SUPERFLUIDITÉ

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  • Sébastien BALIBAR
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Dans le chapitre « Principales étapes de la superfluidité »  : […] L'existence de la superfluidité a été simultanément découverte en décembre 1937 par deux équipes de chercheurs qui étudiaient l'hélium liquide à très basse température, en dessous de 2,2 kelvins (2,2 K = – 271  0 C ; 0 K = – 273,15  0 C) : celle de John F. Allen à Cambridge (Royaume-Uni) et celle de Piotr L. Kapitsa à Moscou (URSS) [Balibar, 2007]. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/#i_70700

SUPRACONDUCTIVITÉ

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON, 
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  • Pierre NÉDELLEC
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La résistance électrique de certains conducteurs devient brutalement inférieure à toute valeur mesurable au-dessous d'une certaine température  T c dite température critique . On dit qu'il y a transition du conducteur de l'état normal (noté N) à l'état supraconducteur (noté S) . Dans un conducteur à l'état S, un courant électrique peut donc circuler […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/#i_70700

THERMODYNAMIQUE (notions de base)

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Dans le chapitre « Le troisième principe et le principe zéro »  : […] Les premier et deuxième principes ont pendant longtemps joué le rôle primordial de postulats de la théorie physique qu'est devenue avec eux la thermodynamique. Ils le restent dans certaines présentations de cette théorie, et sont en tout cas le point de départ de la plupart des applications. Pourtant, l'évolution des techniques expérimentales et la recherche d'une plus grande cohérence théorique o […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-notions-de-base/#i_70700

WIEMAN CARL E. (1951- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 403 mots

Physicien américain, co-lauréat avec Wolfgang Ketterle et Eric Cornell du prix Nobel de physique 2001 pour la découverte du condensat de Bose-Einstein. Né le 26 mars 1951 à Corvallis (Oregon), petit-fils d'un professeur de théologie à l'université de Chicago, Carl E. Wieman passe la plus grande part de sa jeunesse dans les grandes forêts de l'Oregon où ses parents, après des études universitaires […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/carl-e-wieman/#i_70700

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Pour citer l’article

Jean MATRICON, Georges WAYSAND, « FROID, physique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/froid-physique/