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PRESSIONS PHYSIQUE & CHIMIE DES HAUTES

La pression est une grandeur définie comme le quotient d'une force par l'aire de la surface sur laquelle elle s'exerce ; sa valeur s'exprime en pascal (Pa) : 1 Pa = 1 N . m−2. Comme le pascal est une très petite unité, on utilise souvent ses multiples : l'hectopascal, en météorologie (1 hPa = 102 Pa), le kilopascal (1 kPa = 103 Pa), le mégapascal (1 MPa = 106 Pa), le gigapascal (1 GPa = 109 Pa), le térapascal (1 TPa = 1012 Pa). L'utilisation des anciennes unités bar (1 bar = 105 Pa) et atmosphère normale (1 atm = 1 013,250 hPa) est maintenant déconseillée.

Repères dans l'échelle des pressions - crédits : Encyclopædia Universalis France

Repères dans l'échelle des pressions

L'échelle des hautes pressions dans la nature est très étendue ; au centre de la Terre la pression serait de l'ordre de 370 gigapascals ; au sein de Jupiter, elle serait comprise, suivant les modèles considérés, entre 3,7 et 11 térapascals. Le record de pression appartiendrait aux étoiles à neutrons (1032 Pa en leur centre).

En laboratoire la pression est engendrée par des méthodes statiques ou dynamiques. Dans les appareils générateurs de pression statique, les pressions les plus élevées sont obtenues au moyen de cellules à enclumes de diamant ou d'indenteurs (pointes de diamant extrêmement fines). La limite de pression est de l'ordre de 250 gigapascals. D'après la définition même de la pression, pour une substance donnée, la pression s'exerçant sur elle sera d'autant plus grande que son volume sera plus faible. Dans la pratique on utilise souvent des volumes inférieurs au millimètre cube.

Par contre, dans les expériences en ondes de choc, où la pression dynamique s'exerce pendant un instant très court (quelques microsecondes), les limites de pression sont voisines de 1 térapascal et dépendent de la compressibilité de la substance étudiée (elles sont d'autant plus élevées que la compressibilité est faible).

Lorsque la pression s'exerce sur une substance, elle provoque un rapprochement des particules constitutives (atomes ou molécules). Il en résulte une diminution de volume ou un accroissement de la densité de la substance. Ainsi la densité du césium est trois fois plus élevée à 10 GPa qu'à la pression atmosphérique. La compressibilité des substances diminue quand la pression s'élève ; il en résulte une tendance à l'uniformisation des densités des divers éléments du tableau périodique ; cette uniformisation est presque réalisée à 1 TPa.

La diminution de la distance entre particules entraîne des modifications profondes d'ordre structurel ou d'ordre électronique.

Aspects fondamentaux

Les nuages électroniques des particules créent des forces d'interactions comportant une partie attractive à longue distance et une partie répulsive à courte distance. Les forces attractives sont les forces de Van der Waals, dont la partie la plus importante correspond aux forces de London, c'est-à-dire aux couplages entre les dipôles correspondant aux électrons. Les forces répulsives sont dues à la répulsion des nuages électroniques (ou, selon la mécanique quantique, au principe d'exclusion de Pauli).

Dans un gaz à faible pression, les chocs entre molécules sont négligeables et la pression résulte uniquement des chocs sur les parois (gaz parfait). Lorsqu'on exerce une pression croissante, l'influence des interactions attractives est tout d'abord prédominante, mais celle des interactions répulsives l'emporte rapidement ; ces dernières varient de façon très abrupte avec la distance intermoléculaire, ce qui explique en particulier la faible compressibilité de la matière dans les états denses (fluide et solide).

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Écrit par

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire d'ingénierie des matériaux et des hautes pressions, Université de Paris Nord, Villetaneuse
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., directeur du laboratoire des interactions moléculaires et des hautes pressions, C.N.R.S.
  • : directeur adjoint du laboratoire des hautes pressions du C.N.R.S.
  • : directeur du laboratoire des hautes pressions du C.N.R.S., Bourg-la-Reine

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Repères dans l'échelle des pressions - crédits : Encyclopædia Universalis France

Repères dans l'échelle des pressions

Cellule à enclumes de diamant - crédits : Encyclopædia Universalis France

Cellule à enclumes de diamant

Phases de l'eau - crédits : Encyclopædia Universalis France

Phases de l'eau

Autres références

  • AMAGAT ÉMILE HILAIRE (1841-1915)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 249 mots

    Physicien français, Émile Hilaire Amagat est né à Saint-Satur (Cher) le 2 janvier 1841 et y est mort le 15 février 1915. Il obtint son doctorat à l'université de Paris en 1872 et fut professeur à la faculté libre des sciences de Lyon. Dans sa thèse, Amagat décrit les courbes isothermes du dioxyde de...

  • BRIDGMAN PERCY WILLIAMS (1882-1961)

    • Écrit par Alain LE DOUARON
    • 228 mots
    • 1 média

    Né à Cambridge (Massachusetts) le 21 avril 1882, P. W. Bridgman était le fils unique d'un journaliste et écrivain. D'abord étudiant à Howard, Bridgman y devient professeur de mathématiques et de physique en 1926. Il perfectionne les techniques d'obtention des hautes pressions et étudie les propriétés...

  • CRISTAUX - Synthèse des cristaux

    • Écrit par Yves GAUTIER
    • 6 273 mots
    • 2 médias
    ... Certains matériaux se dissolvent difficilement dans l'eau, même portée à ébullition, et ne peuvent donc cristalliser avec la méthode précédente. Par exemple, le quartz ne peut être dissous dans l'eau qu'à des températures comprises entre 300 et 400 0C et des pressions entre 50 et 300...
  • PLOMB

    • Écrit par Claude FOUASSIER, Michel PÉREYRE, Michel RABINOVITCH, Jean-Louis VIGNES
    • 6 736 mots
    • 2 médias
    ..., explique le nombre restreint de plombates anhydres isolés. Dans ces conditions, ne sont accessibles que les plombates alcalins et alcalino-terreux. L'utilisation de techniques de haute pression a permis l'obtention de nouvelles familles de plombates (pyrochlores Ln2Pb2O7 par exemple. Ln étant...

Voir aussi