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PRESSIONS PHYSIQUE & CHIMIE DES HAUTES

Applications des hautes pressions

L'intervention des hautes pressions est constante et importante dans presque toutes les techniques de production et d'utilisation d'énergie mécanique (moteurs, turbines, presses, armes, propulseurs divers...). À ce point de vue, l'étude des propriétés de la matière, principalement à l'état fluide, dans des conditions élevées de pression (et aussi de température) apporte les données indispensables au développement de ces techniques. Quelques exemples d'application suivent, qui concernent la mise en œuvre pratique des effets spécifiques de la pression sur les propriétés de la matière.

Élaboration de matériaux

L'élaboration de matériaux est très générale et porte aussi bien sur la production de matériaux existant déjà dans la nature que sur celle de matériaux nouveaux constitués par les phases haute pression.

On effectue la recristallisation par voie hydrothermale, en faisant usage d'eau supercritique, additionnée d'agents complexants pour assurer la dissolution et le transport du corps à recristalliser. Le quartz est produit industriellement par ce procédé (conditions voisines de 400 0C et 150 MPa). Dans cette technique la pression facilite la dissolution en permettant l'augmentation de la température.

Des pressions modestes (de quelques centaines de MPa) sont indispensables dans de nombreuses synthèses organiques, et ces dernières, en particulier les réactions de polymérisation, sont utilisées à grande échelle dans l'industrie chimique (polymérisation de l'éthylène vers 250 0C et 150 MPa).

Phases du carbone - crédits : Encyclopædia Universalis France

Phases du carbone

La production de phases stables est possible sous haute pression. L'exemple le plus célèbre dans ce domaine est celui du diamant qui, étant une forme dense du carbone cristallisé, n'est pas la phase stable à la pression ordinaire. La conversion directe du graphite (hexagonal) en diamant (cubique) se produit avec une extrême rapidité le long de la courbe de fusion extrapolée du graphite, c'est-à-dire à des pressions dépassant 13 GPa, mais les cristaux obtenus dans ces conditions ont eu jusqu'ici des dimensions inférieures au micromètre, car la diffusion n'a pas le temps d'intervenir. On utilise, pratiquement, un procédé de conversion indirect à partir d'une solution de graphite dans un métal approprié, notamment du fer ou du nickel, dans des conditions voisines de 4,5 à 6 GPa et 1 400 à 1 700 0C (région en grisé du diagramme de la figure). Ces diamants ont des dimensions allant d'une fraction de millimètre à quelques millimètres et sont utilisés dans l'industrie comme abrasifs (meules notamment). Les temps de croissance du cristal sont en général inférieurs à une heure, sauf si les cristaux sont volumineux (jusqu'à 5 mm de largeur).

La synthèse du nitrure de bore cubique est semblable à celle du diamant. Le matériau de départ est le nitrure de bore hexagonal, avec un catalyseur comme le lithium. Les conditions physiques de pression, de température et de temps de confinement sont semblables à celles que l'on a pour le diamant. Le nitrure de bore cubique est préférable au diamant pour la fabrication d'outils abrasifs utilisés dans l'usinage des aciers durs ou des alliages à base de nickel.

Frittage et densification sous pression

Le frittage du diamant devrait s'effectuer dans un domaine de température compris entre 1 800 et 2 400 0C, et à des pressions variant entre 7 et 10 GPa. Cependant, il est possible de travailler dans des conditions de température et de pression plus faibles, en utilisant un catalyseur comme le fer, le cobalt ou le nickel. Le frittage réalisé entre 5,5 et 6 GPa, à des températures voisines de 1 450 0C, fournit un composé qui a suffisamment de liaisons diamant-diamant pour être très résistant. Le mécanisme du phénomène est probablement une recristallisation[...]

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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