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PRESSIONS PHYSIQUE & CHIMIE DES HAUTES

Production des hautes pressions

Pressions statiques

Cellule à enclumes de diamant - crédits : Encyclopædia Universalis France

Cellule à enclumes de diamant

Les pressions statiques s'obtiennent en exerçant une force sur une surface. Pour atteindre les pressions les plus élevées on se sert de systèmes à enclumes tels que la cellule à enclumes de diamant.

Lorsque la substance étudiée a un grand volume, elle peut être enfermée et comprimée dans un appareil de type piston-cylindre. Pour augmenter la résistance mécanique du réservoir, divers procédés sont utilisés, en particulier l'autofrettage qui consiste à appliquer au préalable une pression supérieure à la pression de travail, ce qui a pour effet de dilater les couches intérieures du réservoir tout en conservant élastiques les couches extérieures.

Les propriétés du milieu transmetteur de pression jouent un rôle important ; dans les cellules à enclumes de diamant on utilise un mélange d'alcools jusqu'à environ 13 GPa pour obtenir une pression quasi hydrostatique. Dans d'autres appareils on fait appel à des solides qui conservent une certaine plasticité (pyrophyllite, talc, nitrure de bore). L'emploi de ce dernier type de milieu permet de réaliser des appareils dits « à joint extrudable », comme les « belts » dans lesquels les pistons et la matrice ont des profils coniques (à génératrice courbe), l'extrusion du milieu entre ces éléments au cours de l'avance des pistons assurant à la fois l'étanchéité du volume interne et le soutien mécanique des pistons. La multiplication de la pression est obtenue en mettant en œuvre, par exemple, des pistons de sections différentes dans les dispositifs piston-cylindre, ou des appareils à étages multiples dont le principe consiste à enfermer complètement un appareil à haute pression dans un autre à pression moins élevée. Cette dernière technique présente toutefois l'inconvénient de conduire à des réalisations colossales (presse de 50 000 tonnes en Russie, et presse équivalente au Japon).

Pressions dynamiques

Les ondes de choc peuvent être produites par des moyens mécaniques (explosifs, canons) ou par impact énergétique (faisceaux de particules, lasers). Les explosifs produisent une onde divergente que l'on fait converger vers la cible à l'aide de dispositifs appropriés (générateurs d'ondes planes, sphériques). Les vitesses atteintes sont de l'ordre de 5 à 6 km . s−1 et les pressions obtenues sont d'environ 50 GPa. Toutefois, on peut atteindre par une méthode d'implosion sphérique une pression de l'ordre de 1 TPa. Les canons sont de plusieurs types : canons à gaz pour lesquels les vitesses sont de l'ordre de 1 500 m . s−1, canons à poudre (2 000 m . s−1), canons à double étage, gaz + poudre (5 000 m . s−1), canons électriques (10 000 m . s−1).

Le principe du canon à gaz est d'ouvrir brutalement une enceinte haute pression sur un projectile guidé vers le milieu étudié. Le projectile accélère les particules de la cible et engendre dans celle-ci une discontinuité qui est l'onde de choc. À l'arrière de cette onde le milieu est porté à pression et densité élevées ainsi qu'à haute température. En dehors de la vitesse du front de l'onde, l'autre grandeur caractéristique est la vitesse de déplacement des particules, qui est notablement plus faible et qui est reliée à une grandeur mesurable, la vitesse de la surface libre. Ces grandeurs sont reliées par les trois équations de conservation de l'énergie, de la masse et de la quantité de mouvement, ou équations d'Hugoniot. On détermine expérimentalement au moins deux grandeurs et on en déduit la pression, avec une précision raisonnable ; par contre la température est beaucoup moins bien connue. Les quantités à mesurer : temps (< 10−6 s), vitesse (> 102 m . s−1), pression (> 106 Pa), nécessitent des techniques[...]

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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