MATIÈRE (physique)États de la matière
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D'Aristote à Réaumur, au xviiie siècle, la nature des solides ou des fluides a posé de grandes énigmes aux savants de jadis. Les découvertes de plus en plus fines de la science moderne sur l'organisation des molécules et des liaisons atomiques dans les matériaux ou dans les composés étudiés au laboratoire, comme dans les corps ordinaires de la vie quotidienne, expliquent largement l'origine de ces difficultés historiques ; elles obligent à revoir certaines divisions simplistes, issues à la fois des limites de l'expérience quotidienne et des orientations schématiques ou grossières de disciplines scientifiques naissantes.
La division classique en états solide, liquide et gazeux est issue de la thermodynamique du xixe siècle. Elle dut subir une révision avec la découverte par les thermodynamiciens du xxe siècle de l'état critique, qui révélait une continuité de fait entre l'état gazeux et l'état liquide. On invoqua alors un état fluide, censé regrouper les états liquide, gazeux et critique, par opposition à l'état solide a priori mieux défini. Toutefois, dans la plupart des situations, la distinction entre liquide et gaz gardait tout son sens.
L'émergence dans le champ de la recherche des milieux extrêmement chauds obligea à introduire un quatrième état de la matière : l'état de gaz globalement neutre, mais constitué d'atomes ou de molécules ionisés, que l'on rencontre surtout en astrophysique (étoiles, ionosphères planétaires, aurores boréales, etc.) et dans un certain nombre de dispositifs industriels (ampoules au néon par exemple) ou militaires (bombe atomique). L'état ionisé se révélait si fondamentalement différent de l'état ordinaire de la matière qu'il méritait une nomenclature à part, le plasma. L'expression consacrée de « quatrième état de la matière » est équivoque : elle laisse entendre une proximité taxinomique du plasma avec l'état fluide ou l'état solide qui est davantage ancrée dans la traditionnelle nécessité d'une nomenclature que dans l [...]
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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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MATIÈRE (physique) - État solide
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MATIÈRE (physique) - État gazeux
L'état sous lequel se présente la matière, solide, liquide ou gazeux, dépend des conditions de température et de pression. Suivant l'usage généralement admis, on désigne par gaz tout corps existant dans cet état dans les conditions normales de température et de pression (P0 = 1 atm, T0 = 0 0C), et par vapeur la phase gazeuse d'un corps […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-gazeux/
MATIÈRE (physique) - Plasmas
L'état plasma peut être considéré comme le quatrième état de la matière, obtenu, par exemple, en portant un gaz à très haute température (104 K ou plus). L'énergie d’agitation thermique des molécules et atomes constituant le gaz est alors suffisante pour que, lors de collisions entre ces particules, un électron puisse être arraché à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-plasmas/
MATIÈRE (physique) - Transitions de phase
Les premières transitions de phase observées ont été des changements d'état tels que la fusion de la glace ou la vaporisation de l'eau. Lors d'un changement d'état, le système, au sens de la thermodynamique, se présente comme la réunion de deux sous-systèmes homogènes possédant des propriétés distinctes. On appelle phase chacun de ces sous-systèmes. Plus préci […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-transitions-de-phase/
ANTIMATIÈRE
Dans le chapitre « Antimatière en laboratoire » : […] Les particules de l'espace interplanétaire arrivant dans l'atmosphère y subissent des collisions et modifient ainsi l'énergie des particules qu'elles rencontrent. Si leur vitesse est suffisante, elles peuvent créer des paires électron- positon au cours de ces chocs, en libérant leur énergie cinétique. Ce sont les positons créés par ce processus qui ont été observés par Anderson. C'est seulement en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/antimatiere/#i_12538
ATOME
L'atome est le terme ultime de la division de la matière dans lequel les éléments chimiques conservent leur individualité. C'est la plus petite particule d'un élément qui existe à l'état libre ou combiné. On connaît 90 éléments naturels auxquels s'ajoutent le technétium (Tc, Z = 43), le prométhéum (Pm, Z = 61) ainsi que les transuraniens obtenus artificiellement depuis 1940. Les corps simples s […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome/#i_12538
BOHR ATOME DE
Deux ans après avoir soutenu sa thèse sur la théorie électronique des métaux, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) écrit en 1913 trois articles fondamentaux qui révolutionnent la compréhension de la structure de la matière. Le premier, paru le 5 avril dans le Philosophical Magazine , est titré « Sur la constitution des atomes et des molécules ». Bohr prend pour point de départ la découvert […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome-de-bohr/#i_12538
ATOMIQUE PHYSIQUE
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BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE
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CONTINUITÉ ET DISCONTINUITÉ, physique
Dans le chapitre « L'hypothèse atomique » : […] Si l'on s'intéresse maintenant, non plus aux propriétés des choses, mais à leur nature même, les apparences sensibles nous contraignent, dirait-on, à accepter d'emblée la dualité du continu et du discontinu. Comment percevoir le monde autrement que formé d'objets séparés et individualisés : les cailloux du chemin, les grains de blé, les étoiles du ciel, faits chacun d'une substance étendue et cont […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/continuite-et-discontinuite-physique/#i_12538
COSMOLOGIE
Dans le chapitre « Densité, pression » : […] La matière présente dans l'Univers a subi les conséquences de l'expansion : les distances augmentant, les volumes aussi, une quantité déterminée de matière se retrouve (en moyenne) répartie dans un volume de taille croissant comme R 3 ( t ) avec le temps. Par conséquent, sa densité décroît comme R —3 . Plus on remonte dans le passé, plus l'Univers était dense. Mais la matière dense est plus chaud […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cosmologie/#i_12538
EBBESEN THOMAS (1954- )
Physico-chimiste franco-norvégien, Thomas Ebbesen est connu pour ses travaux interdisciplinaires en nanoscience s, traitant de divers domaines allant des sciences des matériaux carbonés à l’optique en passant par la chimie moléculaire. Ses découvertes pionnières et fondamentales pour la compréhension des interactions lumière-matière lui ont permis de recevoir, en 2019, la médaille d’or du CNRS. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thomas-ebbesen/#i_12538
FLUIDE, physique
Les trois états physiques de la matière tels qu'on les enseigne à l'école primaire sont le solide, le liquide et le gaz. L'état fluide rassemble les deux derniers termes, en soulignant leur parenté. Encore faut-il savoir que l'on parle du nom plutôt que de l'adjectif : une huile très visqueuse est un fluide bien peu fluide ! De fait, c'est la capacité à s'écouler, qui ne veut pas dire absence de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fluide-physique/#i_12538
FORME
Dans le chapitre « La disjonction transcendantale entre phénoménologie et physique » : […] Le concept général de forme que nous venons de définir peut évidemment être considérablement complexifié. Les morphologies K ne possèdent pas nécessairement de géométrie simple. Elles peuvent être chaotiques, et même fractales. Elles peuvent être structurées à plusieurs niveaux – à plusieurs échelles – différents. Mais, aussi compliquées soient-elles, elles ne sont pour l'instant définies que de f […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/forme/#i_12538
GÉOCENTRISME
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MASSE, physique
Dans le chapitre « Masse et pesanteur » : […] Au départ, la notion de masse vise à caractériser la « quantité de matière » contenue dans un objet physique. Cette grandeur se révèle d'abord à nos sens par l'intermédiaire du poids de l'objet : la force de pesanteur qu'exerce la Terre est de toute évidence d'autant plus grande que l'objet contient plus de matière. La pratique courante tend ainsi à assimiler masse et poids, à mesurer la première […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_12538
MATÉRIALISATION, physique
On appelle matérialisation toute transformation d'énergie en matière ; le seul processus connu de matérialisation est celui du photon d'énergie h ν qui se convertit, au voisinage d'un noyau, en une paire électron-positron. Le phénomène ne peut avoir lieu dans le vide, où serait impossible la conservation du quadrivecteur énergie-impulsion du photon initial ; de plus, il est nécessaire que l'énergi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/materialisation-physique/#i_12538
MATIÈRE
Dans le chapitre « Formes et forces ; la géométrie de l'invisible » : […] Parmi les thèses qui s'inscrivent dans le sillage newtonien, deux méritent d'être citées ici, qui sont quasi contemporaines et radicalisent, toutes deux, l'usage du calcul dans des vues de représentation théorique de l'imperceptible. La première, celle du père Rudjer Boscovich, un jésuite croate, est exprimée dans sa Theoria philosophiae naturalis de 1763. Il suppose la matière universellement c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere/#i_12538
MATIÈRE ET MATÉRIAUX. DE QUOI EST FAIT LE MONDE ? (dir. É. Guyon)
À partir du moment où la matière est destinée à une utilisation précise, on parle de matériaux. Mais comment raconter cette matière qui sous des aspects si divers accompagne le quotidien de chacun d'entre nous, pour s'alimenter, se loger ou s'habiller, mais aussi aller à la rencontre des autres hommes ou exprimer sa sensibilité artistique ? Dans une entreprise ambitieuse, une équipe de chercheurs […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-et-materiaux-de-quoi-est-fait-le-monde-dir-e-guyon/#i_12538
MÉSOMORPHE ÉTAT
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MOLÉCULE
On dit souvent qu'une molécule est la plus petite entité d'une substance pouvant exister à l'état libre. En fait, la notion de molécule est bien plus complexe. Une observation toute banale peut être le point de départ de recherches fructueuses. Il suffit par exemple de regarder un morceau de sucre se dissoudre dans une tasse de thé. On voit de fines traînées se développer à partir du morceau de su […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/molecule/#i_12538
NANOPARTICULES
Les nanoparticules sont de minuscules grains de matière, dont la composition chimique et les caractéristiques physiques balaient tout l'éventail des matériaux solides. Du fait de leur taille très réduite et de l'importance des effets de surface qui en résultent, ces systèmes présentent des propriétés spécifiques ; ils suscitent de nombreuses études sur le plan fondamental et offrent de larges per […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nanoparticules/#i_12538
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux
Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent aux multiples constructions de quelques constituants fondamentaux ? Trouver ces constituants, et comprendr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/#i_12538
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions
Dans le chapitre « Quarks » : […] Imaginés en 1963 pour expliquer la multiplicité croissante des particules élémentaires et la régularité apparente du nouveau tableau des éléments découverts grâce aux expériences utilisant les grands accélérateurs de particules, les quarks sont maintenant considérés comme les constituants ultimes de la matière. Avec les leptons (par exemple, l'électron ou les neutrinos) et les bosons de jauge (ou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-fermions/#i_12538
PLASMA DE QUARKS ET DE GLUONS
Prédit par la théorie des interactions nucléaires fortes, le plasma de quarks et gluons – nouvelle phase de la matière, dans laquelle quarks et gluons ne sont pas regroupés en protons, neutrons et autres hadrons – aurait prévalu lorsque l'Univers était extraordinairement dense et chaud, moins d'une microseconde après l'explosion originelle selon la théorie du big bang. À partir d'expériences débu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/plasma-de-quarks-et-de-gluons/#i_12538
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2019
Dans le chapitre « L’Univers sculpté par les galaxies » : […] La moitié du prix Nobel de physique 2019 vient récompenser la carrière de James Peebles , cosmologiste canado-américain qui est l’architecte de la représentation que nous nous faisons désormais de l’Univers. Né le 25 avril 1935 à Saint-Boniface (Manitoba) au Canada, Phillip James Edwin Peebles fait ses études dans son pays d’origine jusqu’à la préparation de son doctorat qu’il effectue à l’univers […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2019/#i_12538
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2016
Le prix Nobel de physique 2016 distingue les travaux de trois théoriciens , pour la description de nouveaux états quantiques de la matière et des transitions de phase qui mènent à ces états. Les trois physiciens, David J. Thouless (né à Bearsden, en Écosse, en 1934 et mort à Cambridge, en Angleterre, en 2019) , John Michael Kosterlitz (né à Aberdeen, en Écosse, en 1942) et F. Duncan M. Haldane (n […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2016/#i_12538
STRUCTURE DISSIPATIVE
Le terme « structure dissipative » a été créé, en 1969, par Ilya Prigogine pour souligner la signification des résultats auxquels lui-même et ses collaborateurs de l'école de Bruxelles venaient de parvenir : loin de l'équilibre thermodynamique, c'est-à-dire dans des systèmes traversés par des flux de matière et d'énergie, peuvent se produire des processus de structuration et d'organisation spontan […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/structure-dissipative/#i_12538
SYMÉTRIES, physique
Dans le chapitre « Les symétries discrètes » : […] Dans le monde physique, de nombreuses symétries discrètes sont effectivement réalisées par la nature ; le caractère discret s'oppose ici à continu, dans le sens où il fait appel à un groupe dénombrable de transformations. Ainsi, lorsqu'on observe soigneusement un diamant (cristal de carbone pur) ou un cristal de sel de cuisine (chlorure de sodium), on peut mettre en évidence des axes ou des plans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/#i_12538
TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS
Dans le chapitre « L’intuition de Mendeleïev et les améliorations ultérieures » : […] À la différence de ses prédécesseurs, Mendeleïev formule explicitement en quoi son tableau constitue un outil d’analyse théorique des propriétés de la matière : « Les éléments chimiques, lorsqu’ils sont ordonnés par masse atomique croissante, montrent une périodicité de leurs propriétés chimiques. » Il est ainsi possible de prédire certaines propriétés des éléments à partir de leur masse atomique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tableau-periodique-des-elements/#i_12538
UNIVERS
Dans le chapitre « La structure, l'origine et l'évolution de l'Univers » : […] Une caractéristique essentielle de l'Univers est qu'à cette échelle immense espace et temps ne sont pas séparés. Nous observons les objets éloignés tels qu'ils étaient au moment où la lumière que nous en recevons les a quittés : il y a donc une relation biunivoque entre la distance d'un objet et son âge (d'où l'intérêt d'exprimer les distances en années-lumière). Cette relation dépend évidemment […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/univers/#i_12538
VITREUX ÉTAT
La matière, en dehors des états solide, liquide et gazeux, peut exister sous d'autres formes, telles que vitreuses ou mésomorphes, le verre ordinaire en étant un exemple. La définition de l'état vitreux n'est pas aisée ; elle peut être formulée de différents points de vue, en réalité complémentaires car, pris isolément, ils se révèlent tous insuffisants. Dans une définition courante, le verre est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-vitreux/#i_12538
Voir aussi
Pour citer l’article
Vincent FLEURY,
« MATIÈRE (physique) -