PHYSIQUE Les moyens de l'expérimentation
L'échantillon
Le produit sur lequel va porter l'expérience, autrement dit l'échantillon, doit être suffisamment bien défini pour que les lois observées soient reproductibles. Les exigences, suivant les cas, peuvent porter sur les dimensions géométriques, la quantité de matière ou la composition physico-chimique.
Un usinage convenable et une pesée précise permettent de répondre aux deux premières exigences avec la précision des appareils de mesure qui devront étudier le phénomène. Par contre, les exigences physico-chimiques (pureté chimique et pureté de la phase physique) peuvent être extrêmement contraignantes et font souvent de la réalisation des échantillons l'un des problèmes les plus difficiles de la physique expérimentale. La difficulté concernant la pureté chimique n'est réellement apparue que depuis 1945 environ, car auparavant les physiciens s'étaient surtout intéressés à des phénomènes linéaires dans lesquels l'effet des impuretés se traduit par un signal parasite proportionnel à leur concentration, donc négligeable. Ainsi, lorsqu'on étudie la diffraction des rayons X ou l'activation d'un échantillon par les neutrons, on obtient les spectres caractéristiques de chaque constituant de l'échantillon. Non seulement les spectres des impuretés sont faibles et distincts et ne gênent pas la mesure principale, mais on peut s'en servir pour caractériser et même doser ces impuretés. Il en a été tout autrement lorsque les études des phénomènes coopératifs, non linéaires, ou à l'échelle de quelques atomes, ont été abordées. C'est ainsi qu'une concentration de quelques parties par million d'impuretés telles que le phosphore ou l'arsenic modifie complètement les propriétés électriques du germanium. De même, il suffit d'une pression d'oxygène gazeux aussi faible que 10−9 mm de mercure pour que la structure d'une surface métallique monocristalline de silicium soit profondément modifiée en quelques minutes (on ne sait réaliser des vides aussi poussés que depuis la fin des années 1960).
Une grande partie de l'étude des solides exige la réalisation d'échantillons dont la constitution et l'orientation cristalline sont bien définies, c'est-à-dire qu'ils sont à l'état de monocristaux de dimensions macroscopiques appréciables (quelques millimètres cubes). C'est un problème qui est loin d'être résolu de manière générale.
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Écrit par
- Michel SOUTIF : professeur à la faculté des sciences de Grenoble, président du groupe d'évaluation et de prospective en instrumentation du ministère de l'Industrie et de la Recherche
Classification
Pour citer cet article
Michel SOUTIF. PHYSIQUE - Les moyens de l'expérimentation [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009
Autres références
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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB et Bernard PIRE
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