« État de la matière » : différence entre les versions

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En physique, un état de la matière est une des quatre formes ordinaires que peut prendre toute substance dans la nature, soit au sens strict : solide, liquide, gaz et 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 les plus connus que peut prendre toute substance, en fonction des conditions de température et de pression, sont :

l'état solide ;
l'état liquide ;
l'état gazeux ;
l'état plasma.

D'autres états plus exotiques de la matière existent, ils ne sont réalisables que pour certains matériaux dans certaines conditions^[1] :

quasi-cristal ;
l'état supercritique (indistinction liquide-gaz obtenu par augmentation de la pression) ;
l'état supraconducteur à très basse température ;
l'état mésomorphe des cristaux liquides, intermédiaire entre liquide et solide ;
le condensat de Bose-Einstein (condensation de bosons dans le niveau de plus basse énergie), par exemple : le superfluide ou le condensat de rubidium (voir refroidissement d'atomes par laser) ;
les états ferromagnétique et antiferromagnétique ;
l'état supersolide dont l'existence est controversée ;
les métaux de Jahn-Teller (état dans lequel une matière est à la fois isolant et supraconducteur)^[2] ;
l'état hyper-uniforme désordonné (en)^[3], qui se comporte comme l'état cristallin et liquide de la matière, montrant de l'ordre sur de grandes distances et du désordre sur de petites distances.

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, etc.).

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 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 :

possède un volume propre (il est très difficilement compressible ; son volume ne dépend quasiment que de la température par effet de dilatation thermique, généralement faible) ;
possède une forme propre (mais il peut se déformer sous l'effet de contraintes, en fonction de son élasticité et de sa ductilité).

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	Très lente^[4]
Liquide	Oui	Oui	Indéfini	Défini	Très faible	Lente
Gaz	Non	Oui	Indéfini	Indéfini	Très grande	Très rapide
Plasma	Non	Oui	Indéfini	Indéfini	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

↑ Science et Vie, mars 2019, p. 129.
↑ (en) « Scientists have discovered a new state of matter, called 'Jahn-Teller metals' », sur sciencealert.com, 12 mai 2015 (consulté le 14 mai 2015).
↑ (en) « Princeton University - In the eye of a chicken, a new state of matter comes into view », sur princeton.edu (consulté le 8 mars 2017).
↑ (en) Helmut Mehrer, Diffusion in Solids, Springer-Verlag, 2007 (ISBN 978-3-540-71486-6).

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

état de la matière, sur le Wiktionnaire
États de la matière, sur Wikiversity

Articles connexes

Les Quatre éléments

Liens externes

Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes :
Notices d'autorité :
- GND
- Lettonie

[1] Science et Vie, mars 2019, p. 129.

[2] (en) « Scientists have discovered a new state of matter, called 'Jahn-Teller metals' », sur sciencealert.com, 12 mai 2015 (consulté le 14 mai 2015).

[3] (en) « Princeton University - In the eye of a chicken, a new state of matter comes into view », sur princeton.edu (consulté le 8 mars 2017).

[4] (en) Helmut Mehrer, Diffusion in Solids, Springer-Verlag, 2007 (ISBN 978-3-540-71486-6).

[1]

[2]

[3]

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@@ Ligne 1 : / Ligne 1 : @@
+En [[physique]], un '''état de la matière''' est une des quatre formes ordinaires que peut prendre toute substance dans la nature, soit au sens strict : [[État solide|solide]], [[liquide]], [[gazeux|gaz]] et [[État plasma|plasma]]. Diverses propriétés de la matière diffèrent selon l'état : degré de [[Cohésion (physique)|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]]…
-{{ébauche|physique}}
+== Les différents états de la matière ==
-En [[physique]], un ''état de la matière'' correspond à un certain degré de cohérence de la matière ([[densité]], [[structure cristalline]], [[indice de réfraction]] ...) qui se traduit par des comportements définis par les lois de la physique ([[malléabilité]], [[ductilité]], [[écoulement des fluides]], [[loi des gaz parfaits]] ...).
+[[Fichier:Phase change - fr.svg|vignette|Les différents états de la matière et leur changement d'état.]]
-Mais les comportements de la matière ne sont pas toujours uniformes au sein d'un même état. Ainsi existe-t-il des [[matière molle|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 ([[émulsion]]s).
+Les quatre états les plus connus que peut prendre toute substance, en fonction des conditions de température et de pression, sont :
+* l'[[état solide]] ;
+* l'état [[liquide]] ;
+* l'état [[gaz]]eux ;
+* l'[[état plasma]].
+D'autres états plus exotiques de la matière existent, ils ne sont réalisables que pour certains matériaux dans certaines conditions<ref>''[[Science et Vie]]'', mars 2019, {{p.|129}}.</ref> :
-Il existe par ailleurs des états exotiques de la matière tel que le [[Physique des plasmas|plasma]], le [[condensat de Bose-Einstein]] ou encore l'état [[supercritique]] qui nous sont moins familiers.
+* [[quasi-cristal]] ;
+* l'état [[Fluide supercritique|supercritique]] (indistinction liquide-gaz obtenu par augmentation de la pression) ;
+* l'état [[Supraconductivité|supraconducteur]] à très basse température ;
+* l'état [[Mésophase|mésomorphe]] des [[cristal liquide|cristaux liquides]], intermédiaire entre liquide et solide ;
+* le [[condensat de Bose-Einstein]] (condensation de [[boson]]s dans le niveau de plus basse énergie), par exemple : le [[superfluide]] ou le condensat de [[rubidium]] (voir [[refroidissement d'atomes par laser]]) ;
+* les états [[Ferromagnétisme|ferromagnétique]] et [[Antiferromagnétisme|antiferromagnétique]] ;
+* l'état [[supersolide]] dont l'existence est controversée ;
+* les [[Effet Jahn-Teller|métaux de Jahn-Teller]] (état dans lequel une matière est à la fois isolant et supraconducteur)<ref>{{Lien web|langue = en|titre = Scientists have discovered a new state of matter, called 'Jahn-Teller metals'|url = http://www.sciencealert.com/scientists-have-discovered-a-new-state-of-matter-the-jahn-teller-effect|site = sciencealert.com|date = 12 mai 2015|consulté le = 14 mai 2015}}.</ref> ;
+* l'{{lien|état hyper-uniforme désordonné|trad=Disordered hyperuniformity}}<ref>{{Lien web|langue=en|titre=Princeton University - In the eye of a chicken, a new state of matter comes into view|url=https://www.princeton.edu/main/news/archive/S39/32/02E70/index.xml?section=topstories|site=princeton.edu|consulté le=2017-03-08}}.</ref>, qui se comporte comme l'état cristallin et liquide de la matière, montrant de l'ordre sur de grandes distances et du désordre sur de petites distances.
+Les comportements de la matière ne sont pas toujours uniformes au sein d'un même état. Ainsi existe-t-il des [[matière molle|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 ''[[état polyphasique|états polyphasiques]]'' ([[émulsion]]s, [[pâte]]s, [[Mousse (matière)|mousses]], [[poudre]]s, [[Gel (matériau)|gels]], [[aérosol]]s{{etc.}}).
-Il arrive également qu'on trouve la matière dans un état hors équilibre thermodynamique, les propriétés du matériau dépendent alors au cours du temps car celui ci 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 inobservable expérimentalement (allant jusqu'à plusieurs dizaines de milliers d'années).
+On peut aussi rencontrer la matière dans un état hors [[équilibre thermodynamique]] ; les propriétés du matériau dépendent alors du temps, car le matériau se [[Relaxation|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 phase (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.
+Parmi ces matériaux, on trouve de nombreux systèmes de la matière molle, ni solide, ni liquide tels que les [[verre]]s, les [[Colloïde|gels]] ou 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 [[Potentiel interatomique|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.
-Voici une liste des 4 états de la matière :
+{{Article connexe|Phase (thermodynamique)}}
-* l'état [[gaz]]eux ;
-* l'état [[liquide]] ;
+== États de la matière ==
-* l'état [[solide]] ;
+=== État solide ===
-* la mésophase ou [[cristal liquide]], une phase intermédiaire entre liquide et solide.
+{{Article détaillé|État solide}}
+À l'échelle [[Propriété macroscopique|macroscopique]], un solide :
+* possède un [[volume]] propre (il est très difficilement [[compressibilité|compressible]] ; son volume ne dépend quasiment que de la [[température]] par effet de [[dilatation thermique]], généralement faible) ;
+* possède une forme propre (mais il peut se déformer sous l'effet de [[Force (physique)|contraintes]], en fonction de son [[Déformation élastique|élasticité]] et de sa [[ductilité]]).
+À l'état solide, les particules ([[atome]]s, [[molécule]]s ou [[ion]]s) sont liées les unes aux autres par des [[liaison chimique|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 (matière)|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 parfait]]s, 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 [[Propriété macroscopique|macroscopique]], un [[État plasma|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 [[État plasma|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 ===
+{| class="wikitable centre"
+|-
+! État !! État condensé !! [[Fluide (matière)|Fluide]] !! Forme !! [[Volume]] !! [[Compressibilité]] !! [[Diffusion de la matière|Capacité de diffusion]]
+|-
+| Solide || Oui || Non || Définie || Défini || Pratiquement nulle || Très lente<ref>{{Ouvrage|langue=en|nom1=Helmut Mehrer|titre=Diffusion in Solids|éditeur=Springer-Verlag|année=2007|isbn=978-3-540-71486-6}}.</ref>
+|-
+| Liquide || Oui || Oui || Indéfini || Défini || Très faible || Lente
+|-
+| Gaz || Non || Oui || Indéfini  || Indéfini || Très grande ||Très rapide
+|-
+|Plasma
+|Non
+|Oui
+|Indéfini
+|Indéfini
+|Extrême
+|Extrême
+|}
+== Changements d'état de la matière ==
+{{Article détaillé|Changement d'état|Transition de phase}}
+[[Fichier:Changements états physiques.PNG|vignette|upright=2|Principaux changements d'état de la matière dits classiques.]]
+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 ==
-Les pseudo-états suivants dérivent des précédents états :
+{{Références}}
+== Voir aussi ==
-* le [[condensat de Bose-Einstein]] (condensation de [[boson]]s dans le niveau de plus basse énergie), par exemple : le [[superfluide]] ou le condensat de rubidium (voir [[refroidissement d'atomes par laser]]) ;
+{{autres projets
-* l'[[état plasma]] (ionisation d'un gaz) ;
+ | wiktionary = état de la matière
-* l'état [[supercritique]] (équilibre liquide-gaz obtenu par augmentation de la pression) ;
+ | wikiversity = États de la matière
+ | wikiversity titre = États de la matière
+}}
+=== Articles connexes ===
+* Les [[Quatre éléments]]
+=== Liens externes ===
-L'existence d'un état [[supersolide]] est controversée.
+{{Liens}}
-{{Série état de la matière}}
+{{Palette|État de la matière}}
-{{Portail Physique}}
+{{Portail|Physique|Chimie|matériaux}}
+[[Catégorie:Phase]]
-[[als:Aggregatszustand]]
-[[ar:حالة المادة]]
-[[an:Estato d'a materia]]
-[[ast:Estáu d'agregación de la materia]]
-[[be:Агрэгатны стан]]
-[[bg:Агрегатно състояние]]
-[[ca:Estat de la matèria]]
-[[cs:Skupenství]]
-[[de:Aggregatzustand]]
-[[en:State of matter]]
-[[el:Κατάσταση της ύλης]]
-[[es:Estado de agregación de la materia]]
-[[et:Agregaatolek]]
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-[[fa:فازهای ماده]]
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-[[it:Stato della materia]]
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-[[th:สถานะ (สสาร)]]
-[[tr:Maddenin halleri]]
-[[uk:Агрегатний стан]]
-[[zh:物质状态]]

v · m État de la matière
États	État solide État liquide État gazeux État plasma Fluide
Basse température	Condensat de Bose-Einstein Condensat fermionique Superfluidité Supersolidité
Haute énergie	Matière dégénérée Plasma quarks-gluons Fluide supercritique
Autres états	Colloïde État polyphasique Mésophase Cristal liquide Trou noir Condensat de Bose-Einstein
Concepts	Courbe de refroidissement Diagramme de phase Transition de phase Transition vitreuse Point triple Point critique Équation d’état Polymorphisme Polyamorphisme Polysomatisme Surfusion Cohésion
Changement d'état	Équilibre de phases Température et pression de changement d'état Point de fusion Point d'ébullition Point de sublimation Formule de Clapeyron Formules d'Ehrenfest Enthalpie de changement d'état de fusion de sublimation de vaporisation Théorème de Gibbs-Konovalov Azéotrope Point de fusion congruent Équilibre liquide-vapeur Loi de Raoult Loi de Henry Équilibre liquide-solide Eutectique Équation de Schröder-van Laar