Fluides supercritiques et hydrogène métallique

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Le Renard
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Fluides supercritiques et hydrogène métallique

Message par Le Renard »

Tout à l'heure j'ai lu sur internet que Jupiter avait de l'hydrogène métallique autour de son coeur. J'étais sur le cul. De l'hydrogène METALLIQUE. Déjà que presque partout ailleurs il est déjà au-dessus du point critique, et que j'ai jamais trop pigé ce que pouvait être un fluide ni liquide ni gazeux. Ca me débordait, alors j'en ai parlé à des mecs du boulot qui avaient le malheur d'être là.
Ils m'ont regardé, et l'un d'eux a dit "pfiou, c'est bon de le savoir..."
(c'est des mecs que j'ai entendu parler de canapés pendant plusieurs jours d'affilée, en même temps... public mal choisi, bien que tous pourvus de solides diplômes...)

fil créé par la modération, division et édition d'un autre fil.

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TourneLune
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par TourneLune »

Sauf que t'en es quitte pour une explication du point critique et de ce que ça a de bizarre de l'hydrogène métallique ^^

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Kayeza
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Kayeza »

+1 : maintenant, nous, on veut savoir. Alors ?
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Le Renard
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Le Renard »

Bon alors bon...




Ptit rappel que tout normalement le monde connaît.

Solide, liquide, gazeux, les trois phases les plus "habituelles" de la matière (y'a aussi le plasma, sinon, par exemple). Grosso merdo on passe de l'une à l'autre en changeant la température ou la pression.
Par exemple, à pression atmophérique, on fait passer l'eau solide (glace) à l'état de liquide en augmentant la température au delà de 0°C, puis à l'état gazeux (et non c'est pas l'eau gazeuse) au delà de 100°C. Au lieu de jouer sur la température on peut jouer aussi sur la pression. Ainsi on peut faire bouillir l'eau à 20°C en faisant la tomber la pression à environ un cinquantième de la pression atmosphérique. Au sommet de l'Everest, l'eau bout à 70 et quelques degrés, etc...

A chacun de ces changements de phase il y a un moment où deux formes cohabitent (ex des glaçons dans l'eau, ou des bulles dans l'eau) et où un apport ou un retrait d'énergie va progressivement convertir toute la matière, et durant lequel la température et la pression resteront stationnaires.


Le diagramme de phase et l'état supercritique

Bon tout ça c'est cool. On le montre graphiquement sur ce qu'on appelle un "diagramme de phases". C'est les trucs qu'on voit au lycée normalement. On peut voir ça comme une carte, et chaque casserole d'eau pourrait y être reportée par un "vous êtes ici" qui correspond aux coordonnées de température (à l'horizontale) et de pression (à la verticale).

(j'abuse un peu, en fait il y a des variations de température entre les différentes parties d'une casserole et ça forme une "cellule de Rayleigh-Bénard", mais ça on en parlera en 2014...)

Image

Chacun des traits épais représente une transition de phases. En faisant évoluer la température ou la pression d'une casserole d'eau, on déplace son "vous êtes ici" sur la carte. Chaque fois que le "vous êtes ici" traverse un trait noir épais, il se produit une évaporation, une condensation, un gel, un dégel ou une sublimation.
Deux trucs sont remarquables.
D'abord, il y a un endroit où tous les traits se rejoignent : le point triple. Le point triple correspond à des conditions de température et de pression où coexistent les trois états de la matière. Au point triple de l'eau, on verrait des glaçons flotter dans un bain d'eau bouillante, sans jamais fondre. Cool.

Le deuxième truc, c'est que le trait qui marque la transition entre le liquide et le gaz a une extrémité... Le "point critique". Où l'on voit que le domaine du liquide et le domaine du gaz ne sont en fait qu'un, et qu'on peut passer de l'un à l'autre sans ébullition ou condensation, en circulant autour du point critique sans traverser le trait noir. La zone au delà est vaguement dénommée "état supercritique", zone où le truc est à la fois un liquide et un gaz, sans être un mélange de l'un ou l'autre... On transforme la matière, mais sans transformation quoi.

C'est contre-intuitif ? Oui. Les équations parlent. Des milliers de lycéens ont chaque année l'occasion de VOIR un fluide supercritique. Y'a des gens qui bossent tous les jours avec des fluides supercritiques dans des tuyaux. Mais moi j'ai jamais vraiment compris ce que c'est.

Voilà donc, le premier truc : la planète Jupiter est appellée une "géante gazeuse", mais en fait le gaz n'est qu'à la surface, là où la pression est la plus faible. Le gros du truc est à l'état supercritique. Jupiter aurait pu être appelée une "géante supercritique". Un truc énorme fait d'une substance complètement insaisissable à notre intuition de terriens.



La matière dégénérée et l'hydrogène métallique

L'hydrogène est l'atome le plus simple, et le plus courant dans l'univers. Un proton, un électron. Jupiter est faite surtout d'hydrogène, et un peu d'autres trucs (hélium etc...). Gazeux à la surface, supercritique dans le gros de l'épaisseur, puis en allant vers le centre, près du milieu de cette planète géante, croulant sous le poids de milliers de kilomètres de fluide au dessus, tout contre l'hypothétique noyau solide fait de matériaux plus lourds, l'hydrogène est soumis à des pressions telles qu'il devient un "solide dégénéré". Un solide c'est cool, déjà. Pour faire de l'hydrogène solide, il faut pousser fort. Mais là, il est tellement solide que les atomes se marchent dessus. Les lois qui régissent la physique des solides deviennent partiellement invalides. C'est un cas limite de la matière, qu'on appelle "matière dégénérée" (rien à voir avec les cours de français au collège...). Et dans cet état dégénéré, l'hydrogène défie tous les profs de lycée et de prépa qui vous ont toujours dit qu'il formait un solide non métallique malgré son classement dans le même groupe périodique que les métaux alcalins. Dans les lycées de Jupiter, on sait que dans des conditions extrêmes l'hydrogène peut devenir un métal. Et que ce métal, n'étant pas juste un solide mais un solide dégénéré, présente peut-être bien des propriétés mécaniques et physiques complètement dingues qui échappent à l'imagination la plus dévergondée.



Plus sur Wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3% ... A9tallique



Et voilà.

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Kayeza
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Kayeza »

Merci de nous aider ainsi à dévergonder notre imagination :)
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par TourneLune »

Question 2, qu'est-ce qui fait qu'un métal est un métal?

Le Renard
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Le Renard »

Vazy T, à ton tour hein. Le monologue ça va un moment, mais y'en a qui vont se lasser de ma voix... :wink:
(c'est vrai que je t'en dois une... alors ok, demain on parle métal)

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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par TourneLune »

Non mais moi j'ai une mémoire chasse d'eau, j'ai tout oublié ^^

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Le Ludoptère
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Le Ludoptère »

Alors moi, ma question c'est :
sur notre belle Terre, les 3 états de l'eau sont présents aux conditions de pression et de température qu'on croise sur Terre, donc ce "point triple" doit être présent quelque part si je ne m'abuse ? Qu'est-ce donc que ça peut donner et où donc est-ce qu'on peut voir ça sur notre bonne vieille terre ?

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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Tikiki »

J'ai pas trouvée l'endroit magique Ludoptère, mais j'ai trouvée une vidée qui met cela en image:
http://www.youtube.com/watch?v=BLRqpJN9zeA

Mais sur la photo de Chamonix sur ce site http://astronomia.fr/2eme_partie/planet ... pheres.php, il doit bien être quelque part ?

Passionnant comme sujet !

Le Renard
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Re: Être ou ne pas être... Voilà ma présentation

Message par Le Renard »

Le Ludoptère a écrit :sur notre belle Terre, les 3 états de l'eau sont présents aux conditions de pression et de température qu'on croise sur Terre, donc ce "point triple" doit être présent quelque part si je ne m'abuse ? Qu'est-ce donc que ça peut donner et où donc est-ce qu'on peut voir ça sur notre bonne vieille terre ?
Tu peux aller voir le diagramme interactif là : http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html
(il est compliqué parce qu'ils montre aussi les différentes formes cristallines de glace, mais là on s'en fout)

Tu mets ta souris au dessus du point triple et tu vois que ça dit : 612 Pascal, 0.01 °C.

Ensuite tu cherches à quoi ça correspond. L'atmophère est un putain de truc super complexe et super variable, mais il existe un modèle de référence qui correspond vaguement à un genre de moyenne, et qu'on appelle "l'atmosphère standard". Tu trouveras un calculateur d'atmosphère standard ici : http://www.digitaldutch.com/atmoscalc/

Où tu verras que la pression de 612 Pascal est celle qu'on trouve un peu au dessus de 34000 mètres d'altitude dans ce modèle standard. Et que pour atteindre la température de 0.01°C, il faut introduire un décalage de température d'un peu plus de 38°C par rapport à la référence, soit une température au sol de 53°C. Et là on touche franchement aux limites du modèle. (les écarts de temprature dans la stratosphère ne reflètent pas bien ceux dans la troposphère...)

Bref... ça c'est "avec les mains", et le résultat c'est : je ne sais pas si ce point est réellement atteint sur Terre. :wink: Il est possible qu'il soit atteint à très haute altitude au dessus de grand déserts.

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Re: Fluides supercritiques et hydrogène métallique

Message par Pataboul »

Les chercheurs du CEA observent pour la première fois de l'hydrogène métallique

Bam! Ca y est, il y aurait eu de l'hydrogène métallique créé sur Terre. Et ça aura peut-être des conséquences considérables.
La théorie lui prédit des propriétés exceptionnelles, comme celle d'être un supra-conducteur à température ambiante et d'autres tout aussi surprenantes...

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