« Cohésion (physique) » : différence entre les versions
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La '''cohésion''' d'éléments physiques similaires de [[matière]] est la [[Force résultante|résultante]] de l'ensemble des [[Force (physique)|forces]]<ref name="Atkins">{{Ouvrage|langue=fr |
La '''cohésion''' d'éléments physiques similaires de [[matière]] est la [[Force résultante|résultante]] de l'ensemble des [[Force (physique)|forces]]<ref name="Atkins">{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Peter William|nom1=Atkins|lien auteur1=Peter William Atkins|prénom2=Paul|nom2=Depovere|titre=Éléments de chimie physique|éditeur=DeBoeck Université|lieu=Paris, Bruxelles|année=1998|pages totales=501|passage=365|isbn=2-7445-0010-0}}.</ref>{{,}}<ref name="Mercier">{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Jean Pierre|nom1=Mercier|prénom2=Gérald|nom2=Zambelli|prénom3=Wilfried|nom3=Kurz|titre=Introduction à la science des matériaux|éditeur=Presses polytechniques et universitaires romandes|lieu=Lausanne|année=1999|pages totales=499|passage=45-50, 60|isbn=2-88074-402-4|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=Zb511Tf1myAC}}.</ref> qui les unissent, qui maintient ces éléments ensemble. Ces trois forces essentielles<ref name="Bagard">{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Séverine|nom1=Bagard|titre=Physique-Chimie 1e S|sous-titre=Tout-en-un|éditeur=Bréal|lieu=Rosny-sous-bois|année=2008|pages totales=431|passage=31-32, 407-408|isbn=978-2-7495-0813-9|isbn2=2-7495-0813-4|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=C9SY3rayOFYC}}.</ref> sont l'[[interaction forte]], l'[[Électromagnétisme|interaction électromagnétique]] et l'[[Gravitation|interaction gravitationnelle]]. |
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== Caractérisation selon l'échelle observée == |
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Les caractéristiques physiques différentes de chacune de ces forces (notamment en fonction de leur portée, des [[Charge électrique|charges électriques]] et des [[masse]]s concernées) font qu'elles s'expriment très différemment suivant l'échelle des éléments : |
Les caractéristiques physiques différentes de chacune de ces [[Interaction élémentaire|forces]] (notamment en fonction de leur portée, des [[Charge électrique|charges électriques]] et des [[masse]]s concernées) font qu'elles s'expriment très différemment suivant l'échelle des éléments : |
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* à l'[[Échelle (proportion)|échelle]] du [[noyau atomique]], l'interaction forte est largement prédominante<ref name=Lamblot>{{Ouvrage|langue=fr |
* à l'[[Échelle (proportion)|échelle]] du [[noyau atomique]], l'interaction forte est largement prédominante<ref name=Lamblot>{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Sylvain|nom1=Lamblot|titre=La lumière, la matière et l'univers expliqués simplement|sous-titre=Je comprends enfin|éditeur=|lieu=Paris|année=2013|pages totales=82|passage=43-45|isbn=978-1-291-25334-4|lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=kpkOBAAAQBAJ&pg=PA45}}.</ref> puis, cent à mille fois moindre, l'interaction électromagnétique, aboutissant à la [[liaison nucléaire]] et à la cohésion nucléaire ; |
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* au-delà de l'échelle du noyau atomique, via celles de l'[[atome]] et de la [[molécule]] jusqu'à l'échelle environ |
* au-delà de l'échelle du noyau atomique, via celles de l'[[atome]] et de la [[molécule]] jusqu'à l'échelle environ métrique, c'est d'abord l'interaction électromagnétique<ref name=Lamblot/> révélant la cohésion [[Chimie|chimique]]. Ainsi, parmi les [[Liaison chimique|liaisons chimiques]], la cohésion [[Force intramoléculaire|intramoléculaire]]<ref name="Bagard"/> est principalement due à la [[liaison covalente]], à la [[liaison ionique]] ou à la [[liaison métallique]], la cohésion [[Force intermoléculaire|intermoléculaire]] est essentiellement due aux [[Force de van der Waals|forces de van der Waals]]<ref name="Atkins"/> pour les éléments chargés électriquement et à la [[liaison hydrogène]]<ref name="Atkins"/>. Cette dernière cohésion est une propriété intrinsèque de la substance, causée par la forme et la [[Structure chimique|structure]] de ses molécules, créant une attraction électrique qui peut maintenir un petit assemblage telle qu'une [[Goutte (physique)|goutte]] d'eau ; |
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* à partir de l'échelle |
* à partir de l'échelle environ métrique jusqu'à l'[[Unité astronomique|échelle astronomique]] ([[planète]], [[système planétaire]], [[galaxie]]…) c'est l'[[Gravitation|interaction gravitationnelle]]<ref name=Lamblot/> qui domine de plus en plus largement, avec la [[pesanteur]] à l'échelle planétaire. |
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Fichier:Nucleus drawing.svg |Diagramme schématique d'un noyau atomique montrant la cohésion des deux types de [[nucléon]]s : [[proton]]s (rouge) et de [[neutron]]s (bleu). |
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Image:Hg_Mercury.jpg |La cohésion de la [[Goutte (physique)|goutte]] de [[Mercure (chimie)|mercure]] est plus forte que : (1) son [[adhésion]] avec le verre (pas de remontée sur la paroi verticale en contact); (2) la pesanteur s'exerçant sur le mercure (fort bombement de la goutte). |
Image:Hg_Mercury.jpg |La cohésion de la [[Goutte (physique)|goutte]] de [[Mercure (chimie)|mercure]] est plus forte que : (1) son [[adhésion]] avec le verre (pas de remontée sur la paroi verticale en contact) ; (2) la pesanteur s'exerçant sur le mercure (fort bombement de la goutte). |
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Fichier:Earth Eastern Hemisphere.jpg |La cohésion liée à la [[pesanteur]] conduit à la forme en [[ellipsoïde de révolution]], presque [[Sphère|sphérique]], des [[planète]]s. |
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Fichier:Whirpool Galaxy.jpg |La [[M51 (galaxie)|Galaxie du Tourbillon]] montrant la cohésion d'une [[galaxie spirale]]. |
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== Formulation == |
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<math>\Delta m</math> égal à la différence de la somme des masses unitaires des nucléons avec celle de la masse totale du noyau atomique<ref>{{Ouvrage|langue=fr |prénom1=D.F. |nom1=Shriver |prénom2=Peter William |nom2=Atkins |titre=Chimie inorganique |éditeur=DeBoeck Université |lieu=Paris, Bruxelles |année=2001 |pages totales=763 |passage=6 |isbn=2744501107}}</ref>. |
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La cohésion d'un [[corps pur]] dépend de son [[État de la matière|état]]. Elle est très forte pour un [[État solide|solide]], faible et variable pour un [[État liquide|liquide]], nulle pour un [[État gazeux|gaz]]<ref>{{Ouvrage|langue=fr |
Dans le noyau atomique, l'[[E=mc2|énergie]] de cohésion est <math>E = (\Delta m).c^2</math> avec <math>\Delta m</math> égal à la différence de la somme des masses unitaires des [[nucléon]]s avec celle de la masse totale du [[noyau atomique]]<ref>{{Ouvrage|langue=fr|langue originale=en|prénom1=D.F.|nom1=Shriver|prénom2=Peter William|nom2=Atkins|titre=Chimie inorganique|éditeur=DeBoeck Université|lieu=Paris, Bruxelles|année=2001|pages totales=763|passage=6|isbn=2-7445-0110-7|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=FDUpAwAAQBAJ}}.</ref>. |
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La cohésion d'un [[corps pur]] dépend de son [[État de la matière|état]]. Elle est très forte pour un [[État solide|solide]], faible et variable pour un [[État liquide|liquide]], nulle pour un [[État gazeux|gaz]]<ref>{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Adolphe|nom1=Ganot|titre=Traité élémentaire de physique expérimentale et appliquée et de météorologie|éditeur=|lieu=Paris|année=1866|pages totales=904|passage=50|id=auIPAAAAQAAJ}}.</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Pierre-François|nom1=Thomas|titre=Précis de physique-chimie|sous-titre=Première et deuxième années|éditeur=Bréal|lieu=Paris|année=2006|pages totales=225|passage=166|isbn=2-7495-0591-7|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=exwLinEGrv8C}}.</ref>. |
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L'énergie de la cohésion<ref name="Mercier"/>{{,}}<ref>{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Maurice|nom1=Gerl|prénom2=Jean-Paul|nom2=Issi|titre=Physique des matériaux|éditeur=Presses polytechniques et universitaires romandes|lieu=Lausanne|année=1997|pages totales=705|passage=237-238|isbn=2-88074-311-7|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=fyteYZcpj3kC}}.</ref> d'un solide, comme l'[[énergie réticulaire]] d'un cristal, correspond à sa [[Enthalpie de changement d'état|chaleur latente]] de [[Sublimation (physique)|sublimation]], celle d'un liquide à sa chaleur latente de [[vaporisation]]<ref name="Bagard"/>. |
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== Limites == |
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Au niveau du [[noyau atomique]], la [[radioactivité]] marque une limite de la cohésion nucléaire. |
Au niveau du [[noyau atomique]], la [[radioactivité]] marque une limite de la cohésion nucléaire. |
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La cohésion d'un morceau de sucre disparaît lors de sa [[Dissolution (chimie)|dissolution]] dans de l'[[eau]] liquide. |
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Au-delà de l'échelle des [[superamas de galaxies]], la caractéristique en [[expansion de l'Univers]] marque la limite de la cohésion de l'[[univers]]. Son [[Accélération de l'expansion de l'Univers|accélération]] nécessite notamment une autre force provenant de l'[[énergie sombre]]. |
Au-delà de l'échelle des [[superamas de galaxies]], la caractéristique en [[expansion de l'Univers]] marque la limite de la cohésion de l'[[univers]]. Son [[Accélération de l'expansion de l'Univers|accélération]] nécessite notamment une autre force provenant de l'[[énergie sombre]]. |
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== Phénomènes liés == |
== Phénomènes liés == |
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[[File:Rolling snow.JPG|thumb|Rouleaux de neige montrant sa cohésion]] |
[[File:Rolling snow.JPG|thumb|Rouleaux de neige montrant sa cohésion.]] |
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La cohésion participe activement aux phénomènes de [[tension superficielle]], [[Coalescence (physique)|coalescence]], [[capillarité]], [[adhésion]], [[frittage]], [[viscosité]]. Les [[frottement]]s mécaniques participent aussi à la cohésion de certains objets. |
La cohésion participe activement aux phénomènes de [[tension superficielle]], [[Coalescence (physique)|coalescence]], [[capillarité]], [[adhésion]], [[frittage]], [[viscosité]]. Les [[frottement]]s mécaniques participent aussi à la cohésion de certains objets. |
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La cohésion est variable sur différents types de [[matériau]]x, par exemple : |
La cohésion est variable sur différents types de [[matériau]]x, par exemple : |
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* [[cohésion des grains de sable]] ; |
* [[cohésion des grains de sable]] ; |
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* cohésion du [[Sol (géotechnique)|sol]] (résistance au cisaillement du sol sous contrainte normale nulle), en fonction de sa teneur en eau<ref>{{Ouvrage|langue=fr |
* cohésion du [[Sol (géotechnique)|sol]] (résistance au cisaillement du sol sous contrainte normale nulle), en fonction de sa teneur en eau<ref>{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=André|nom1=Musy|prénom2=Marc|nom2=Soutter|titre=Physique du sol|éditeur=Presses polytechniques et universitaires romandes|collection=Gérer l'environnement|lieu=Lausanne|année=1991|pages totales=339|passage=178|isbn=2-88074-211-0|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=eGuqqoyF2bgC}}.</ref>, avec la [[mécanique des sols]] ; |
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* cohésion des [[roche]]s, avec la [[mécanique des roches]] ; |
* cohésion des [[roche]]s, avec la [[mécanique des roches]] ; |
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* cohésions de la [[neige]]<ref>{{Lien web |titre= Nivologie - Connaissances de base |url= http://www.anena.org/5292-nivologie-connaissances-de-base.htm |site= anena.org |date= 24/3/2015}}</ref> : feutrage, [[frittage]], regel<ref>{{Ouvrage|langue=fr |
* cohésions de la [[neige]]<ref>{{Lien web |titre= Nivologie - Connaissances de base |url= http://www.anena.org/5292-nivologie-connaissances-de-base.htm |site= anena.org |date= 24/3/2015}}.</ref> : feutrage, [[frittage]], regel<ref>{{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Philippe|nom1=Coussot|prénom2=Christophe|nom2=Ancey|titre=Rhéophysique des pâtes et des suspensions|éditeur=EDP Sciences|année=1999|pages totales=266|passage=231-232|isbn=2-7598-0258-2|lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=9iu4ZCgXlNMC&pg=PA231}}.</ref>, capillaire. |
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L'instrument utilisé en [[mécanique des sols]] pour mesurer la cohésion de certains [[Sol (géotechnique)|sols]] fins est le [[scissomètre]]. |
L'instrument utilisé en [[mécanique des sols]] pour mesurer la cohésion de certains [[Sol (géotechnique)|sols]] fins est le [[scissomètre]]. |
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* [[Liant]] |
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* [[Limites d'Atterberg]] |
* [[Limites d'Atterberg]] |
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* [[Liquéfaction]] |
* [[Liquéfaction]] ([[Liquéfaction du sol|du sol]]) |
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* [[Liquéfaction du sol]] |
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* [[Loi de Norton-Hoff]] |
* [[Loi de Norton-Hoff]] |
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* [[Matière]] |
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* [[Physique nucléaire]] |
* Physique [[Physique nucléaire|nucléaire]], [[Physique du solide|du solide]] |
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* [[Physique du solide]] |
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* [[Principe de la coupure]] |
* [[Principe de la coupure]] |
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* [[Polarité (chimie)]] |
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* [[Solubilité]] / [[Dissolution (chimie)|Dissolution]] |
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* [[Théorie des plaques]] |
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* Théorie [[Théorie des poutres|des poutres]], [[Théorie des plaques|des plaques]] |
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* [[Vulcanisation]] |
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Dernière version du 18 mars 2024 à 22:37
La cohésion d'éléments physiques similaires de matière est la résultante de l'ensemble des forces[1],[2] qui les unissent, qui maintient ces éléments ensemble. Ces trois forces essentielles[3] sont l'interaction forte, l'interaction électromagnétique et l'interaction gravitationnelle.
Caractérisation selon l'échelle observée
[modifier | modifier le code]Les caractéristiques physiques différentes de chacune de ces forces (notamment en fonction de leur portée, des charges électriques et des masses concernées) font qu'elles s'expriment très différemment suivant l'échelle des éléments :
- à l'échelle du noyau atomique, l'interaction forte est largement prédominante[4] puis, cent à mille fois moindre, l'interaction électromagnétique, aboutissant à la liaison nucléaire et à la cohésion nucléaire ;
- au-delà de l'échelle du noyau atomique, via celles de l'atome et de la molécule jusqu'à l'échelle environ métrique, c'est d'abord l'interaction électromagnétique[4] révélant la cohésion chimique. Ainsi, parmi les liaisons chimiques, la cohésion intramoléculaire[3] est principalement due à la liaison covalente, à la liaison ionique ou à la liaison métallique, la cohésion intermoléculaire est essentiellement due aux forces de van der Waals[1] pour les éléments chargés électriquement et à la liaison hydrogène[1]. Cette dernière cohésion est une propriété intrinsèque de la substance, causée par la forme et la structure de ses molécules, créant une attraction électrique qui peut maintenir un petit assemblage telle qu'une goutte d'eau ;
- à partir de l'échelle environ métrique jusqu'à l'échelle astronomique (planète, système planétaire, galaxie…) c'est l'interaction gravitationnelle[4] qui domine de plus en plus largement, avec la pesanteur à l'échelle planétaire.
-
La cohésion liée à la pesanteur conduit à la forme en ellipsoïde de révolution, presque sphérique, des planètes.
-
La Galaxie du Tourbillon montrant la cohésion d'une galaxie spirale.
Formulation
[modifier | modifier le code]Dans le noyau atomique, l'énergie de cohésion est avec égal à la différence de la somme des masses unitaires des nucléons avec celle de la masse totale du noyau atomique[5].
La cohésion d'un corps pur dépend de son état. Elle est très forte pour un solide, faible et variable pour un liquide, nulle pour un gaz[6],[7].
L'énergie de la cohésion[2],[8] d'un solide, comme l'énergie réticulaire d'un cristal, correspond à sa chaleur latente de sublimation, celle d'un liquide à sa chaleur latente de vaporisation[3].
Limites
[modifier | modifier le code]Au niveau du noyau atomique, la radioactivité marque une limite de la cohésion nucléaire.
La cohésion d'un morceau de sucre disparaît lors de sa dissolution dans de l'eau liquide.
Au-delà de l'échelle des superamas de galaxies, la caractéristique en expansion de l'Univers marque la limite de la cohésion de l'univers. Son accélération nécessite notamment une autre force provenant de l'énergie sombre.
Phénomènes liés
[modifier | modifier le code]La cohésion participe activement aux phénomènes de tension superficielle, coalescence, capillarité, adhésion, frittage, viscosité. Les frottements mécaniques participent aussi à la cohésion de certains objets.
La cohésion est variable sur différents types de matériaux, par exemple :
- cohésion des grains de sable ;
- cohésion du sol (résistance au cisaillement du sol sous contrainte normale nulle), en fonction de sa teneur en eau[9], avec la mécanique des sols ;
- cohésion des roches, avec la mécanique des roches ;
- cohésions de la neige[10] : feutrage, frittage, regel[11], capillaire.
L'instrument utilisé en mécanique des sols pour mesurer la cohésion de certains sols fins est le scissomètre.
Références
[modifier | modifier le code]- Peter William Atkins et Paul Depovere, Éléments de chimie physique, Paris, Bruxelles, DeBoeck Université, , 501 p. (ISBN 2-7445-0010-0), p. 365.
- Jean Pierre Mercier, Gérald Zambelli et Wilfried Kurz, Introduction à la science des matériaux, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, , 499 p. (ISBN 2-88074-402-4, lire en ligne), p. 45-50, 60.
- Séverine Bagard, Physique-Chimie 1e S : Tout-en-un, Rosny-sous-bois, Bréal, , 431 p. (ISBN 978-2-7495-0813-9 et 2-7495-0813-4, lire en ligne), p. 31-32, 407-408.
- Sylvain Lamblot, La lumière, la matière et l'univers expliqués simplement : Je comprends enfin, Paris, , 82 p. (ISBN 978-1-291-25334-4, lire en ligne), p. 43-45.
- D.F. Shriver et Peter William Atkins (trad. de l'anglais), Chimie inorganique, Paris, Bruxelles, DeBoeck Université, , 763 p. (ISBN 2-7445-0110-7, lire en ligne), p. 6.
- Adolphe Ganot, Traité élémentaire de physique expérimentale et appliquée et de météorologie, Paris, , 904 p., p. 50.
- Pierre-François Thomas, Précis de physique-chimie : Première et deuxième années, Paris, Bréal, , 225 p. (ISBN 2-7495-0591-7, lire en ligne), p. 166.
- Maurice Gerl et Jean-Paul Issi, Physique des matériaux, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, , 705 p. (ISBN 2-88074-311-7, lire en ligne), p. 237-238.
- André Musy et Marc Soutter, Physique du sol, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, coll. « Gérer l'environnement », , 339 p. (ISBN 2-88074-211-0, lire en ligne), p. 178.
- « Nivologie - Connaissances de base », sur anena.org, .
- Philippe Coussot et Christophe Ancey, Rhéophysique des pâtes et des suspensions, EDP Sciences, , 266 p. (ISBN 2-7598-0258-2, lire en ligne), p. 231-232.
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]- Adhérence
- Adhésion
- Capacité portante
- Cément
- Clivage
- Cohésif
- Colle
- Degré Bloom
- Dilatation thermique
- Énergie réticulaire
- Flexion
- Fluide de Bingham
- Force intermoléculaire
- Instabilité gravitaire
- Ion
- Liaison hydrogène, nucléaire, métallique
- Liant
- Limites d'Atterberg
- Liquéfaction (du sol)
- Loi de Norton-Hoff
- Matière
- Physique nucléaire, du solide
- Principe de la coupure
- Polarité (chimie)
- Solubilité / Dissolution
- Théorie des poutres, des plaques
- Vulcanisation