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État de la matière (10904 views - Nature & Plants)

En physique, un état de la matière est une des 4 formes ordinaires dans lesquelles se trouve toute substance dans la nature : solide, liquide, gazeux, plasma. Diverses propriétés de la matière diffèrent selon l'état : degré de cohésion, densité, structure cristalline, indice de réfraction… Ces propriétés se traduisent par des "comportements" différents décrits par les lois de la physique : malléabilité, ductilité, viscosité, loi des gaz parfaits…
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État de la matière

État de la matière

En physique, un état de la matière est une des 4 formes ordinaires dans lesquelles se trouve toute substance dans la nature : solide, liquide, gazeux, plasma. Diverses propriétés de la matière diffèrent selon l'état : degré de cohésion, densité, structure cristalline, indice de réfraction… Ces propriétés se traduisent par des "comportements" différents décrits par les lois de la physique : malléabilité, ductilité, viscosité, loi des gaz parfaits

Les différents états de la matière

Les quatre états de la matière que peuvent prendre toute substance en fonction des conditions de température et de pression, qui sont également les plus connus sont :

D'autres états plus exotiques de la matière existent, mais ne sont pas considérés comme de véritables états de la matière car il ne sont réalisables que pour certains matériaux dans certaines conditions[1] :

Mais les comportements de la matière ne sont pas toujours uniformes au sein d'un même état. Ainsi existe-t-il des états intermédiaires où l'on observe un solide se comporter comme un fluide (matière pulvérulente ou granuleuse) ou au contraire un liquide avoir certaines propriétés propres aux solides. Ces comportements peuvent être issus de mélanges plus ou moins intimes entre plusieurs phases, appelés états polyphasiques (émulsions, pâtes, mousses, poudres, gels, aérosols...).

On peut aussi rencontrer la matière dans un état hors équilibre thermodynamique ; les propriétés du matériau dépendent alors du temps, car le matériau se relaxe, sans jamais atteindre l'équilibre thermodynamique. Tout matériau spatialement hétérogène va rentrer dans cette définition dans la mesure où ces hétérogénéités spatiales vont se traduire par des contraintes internes impliquant ainsi un état non stable thermodynamiquement. Néanmoins, les temps de relaxation de tels systèmes peuvent atteindre des durées tellement longues qu'ils sont inobservables expérimentalement (allant jusqu'à plusieurs dizaines de milliers d'années).

Parmi ces matériaux on trouve de nombreux systèmes de la matière molle, ni solide, ni liquide tels que les verres, les gels ou bien les pâtes. Il n'est plus alors possible de parler de diagramme de phases (faisant référence à un état de la matière thermodynamiquement stable), le terme employé alors étant celui de diagramme d'état. Des diagrammes d'état unifiant les comportements des systèmes encombrés ont été établis pour de nombreux systèmes avec des interactions de type répulsif (granulaire, verres avec interaction de type volume exclu…) par Liu et Nagel en 1998, ainsi que pour les systèmes avec interaction de type attractif par Trappe, Prasad, Cipelletti, Segre, et Weitz, en 2001.

Article connexe : Phase (thermodynamique).

États de la matière

État solide

Article détaillé : État solide.

À l'échelle macroscopique, un solide :

À l'état solide, les particules (atomes, molécules ou ions) sont liées les unes aux autres par des liaisons chimiques qui fixent leurs positions relatives.

État liquide

Article détaillé : Liquide.

À l'échelle macroscopique, un liquide :

  • possède un volume propre ;
  • ne possède pas de forme propre : il prend la forme du récipient qui le contient ;
  • a une surface libre au repos plane et horizontale (dans un champ de pesanteur uniforme).

À l'état liquide, les particules sont faiblement liées : contrairement à l'état solide, elles peuvent se déplacer spontanément les unes par rapport aux autres (déformabilité) mais, contrairement à l'état gazeux, elles ne sont pas indépendantes (incompressibilité). On peut également dire que leur énergie thermique est suffisante pour leur permettre de se déplacer mais pas de s'échapper...

L'état liquide est un état fluide, c'est-à-dire parfaitement déformable.

État gazeux

Article détaillé : Gaz.

À l'échelle macroscopique, un gaz :

  • ne possède ni forme propre, ni volume propre ;
  • tend à occuper tout le volume disponible.

À l’état gazeux, les particules sont très faiblement liées, quasiment indépendantes (on les considère indépendantes dans le modèle des gaz parfaits, qui décrit bien le comportement des gaz basse pression).

Comme l'état liquide, l'état gazeux est un état fluide.

Un corps à l'état gazeux n'est constitué que d'atomes et de molécules.

État plasma

Article détaillé : État plasma.

À l'échelle macroscopique, un plasma :

  • ne possède ni forme propre, ni volume propre, ni une énergie stable mesurable en un volume ;
  • possède une forme fluidique bien plus différente de celle d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz, le plasma est plus rare sur le sol terrestre que les trois autres formes par ses très hautes températures ;
  • est un gaz hautement ionisé, ce qui modifie l'état d'une matière gazeuse en matière fluide plasma.

À l'état plasma, les particules sont détachées de leurs électrons, il est nommé une soupe de quarks lorsque l'état plasma s'étend sur une longue distance.

Comparaison de ces quatre états

État État condensé Fluide Forme Volume Compressibilité Capacité de diffusion
Solide Oui Non Définie Défini Pratiquement nulle Nulle
Liquide Oui Oui Indéterminée Défini Très faible Lente
Gaz Non Oui Indéterminée Indéterminé Très grande Très rapide
Plasma Non Oui Indéterminée Indeterminé Extrême Extrême

Changements d'état de la matière

Articles détaillés : Changement d'état et Transition de phase.

Le passage d'un état de la matière à un autre est appelé changement d'état. Ce changement se fait sous l'effet d'une modification du volume, de la température et/ou de la pression.

Références

Voir aussi

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