Cohésion (physique)

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. Ses trois forces essentielles^[3] sont l'interaction forte, l'interaction électromagnétique et l'interaction gravitationnelle.

Caractérisation selon l'échelle observée

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 centimétrique, 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] ;
à partir de l'échelle centimétrique jusqu'à l'échelle astronomique (planète, système planétaire, galaxie...) c'est l'interaction gravitationnelle^[4] qui prédomine largement, avec la pesanteur.

Diagramme schématique d'un noyau atomique montrant la cohésion des deux types de nucléons: protons (rouge) et de neutrons (bleu).
La cohésion de la goutte de mercure est plus forte que : (1) son adhésion avec le verre ; (2) la pesanteur s'exercant sur le mercure.
La Galaxie du Tourbillon montrant la cohésion d'une galaxie spirale.

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Formulation

Dans le noyau atomique, l'énergie de cohésion est $E=(\Delta m).c^{2}$ avec $\Delta m$ 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

Au niveau du noyau atomique, la radioactivité marque une limite de la cohésion nucléaire.

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. Ceci nécessite notamment une autre force provenant de l'énergie sombre.

Phénomènes liés

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.

Références

↑ ^{a b et c} Peter William Atkins et Paul Depovere, Éléments de chimie physique, Paris, Bruxelles, DeBoeck Université, 1998, 501 p. (ISBN 2744500100), p. 365
↑ ^{a et b} Jean Pierre Mercier, Gérald Zambelli et Wilfried Kurz, Introduction à la science des matériaux, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1999, 499 p. (ISBN 2880744024), p. 45-50, 60
↑ ^{a b et c} Séverine Bagard, Physique-Chimie 1e S : Tout-en-un, Rosny-sous-bois, Bréal, 2008, 431 p. (ISBN 2749508134), p. 31-32, 407-408
↑ ^{a b et c} Sylvain Lamblot, La lumière, la matière et l'univers expliqués simplement : Je comprends enfin, Paris, 2013, 82 p. (ISBN 978-1-291-25334-4, lire en ligne), p. 43-45
↑ D.F. Shriver et Peter William Atkins, Chimie inorganique, Paris, Bruxelles, DeBoeck Université, 2001, 763 p. (ISBN 2744501107), p. 6
↑ Adolphe Ganot, Traité élémentaire de physique expérimentale et appliquée et de météorologie, Paris, 1866, 904 p., p. 50
↑ Pierre-François Thomas, Précis de physique-chimie : Première et deuxième années, Paris, Bréal, 2006, 225 p. (ISBN 2749505917), p. 166
↑ Maurice Gerl et Jean-Paul Issi, Physique des matériaux, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1997, 705 p. (ISBN 2880743117), p. 237-238
↑ André Musy et Marc Soutter, Physique du sol, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, coll. « Gérer l'environnement », 1991, 339 p. (ISBN 2880742110), p. 178
↑ « Nivologie - Connaissances de base », sur anena.org, 24 mars 2015
↑ Philippe Coussot et Christophe Ancey, Rhéophysique des pâtes et des suspensions, EDP Sciences, 1999, 266 p. (ISBN 2759802582, lire en ligne), p. 231-232

Articles connexes

[Atkins-1] {a b et c} Peter William Atkins et Paul Depovere, Éléments de chimie physique, Paris, Bruxelles, DeBoeck Université, 1998, 501 p. (ISBN 2744500100), p. 365

[Mercier-2] {a et b} Jean Pierre Mercier, Gérald Zambelli et Wilfried Kurz, Introduction à la science des matériaux, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1999, 499 p. (ISBN 2880744024), p. 45-50, 60

[Bagard-3] {a b et c} Séverine Bagard, Physique-Chimie 1e S : Tout-en-un, Rosny-sous-bois, Bréal, 2008, 431 p. (ISBN 2749508134), p. 31-32, 407-408

[Lamblot-4] {a b et c} Sylvain Lamblot, La lumière, la matière et l'univers expliqués simplement : Je comprends enfin, Paris, 2013, 82 p. (ISBN 978-1-291-25334-4, lire en ligne), p. 43-45

[5] D.F. Shriver et Peter William Atkins, Chimie inorganique, Paris, Bruxelles, DeBoeck Université, 2001, 763 p. (ISBN 2744501107), p. 6

[6] Adolphe Ganot, Traité élémentaire de physique expérimentale et appliquée et de météorologie, Paris, 1866, 904 p., p. 50

[7] Pierre-François Thomas, Précis de physique-chimie : Première et deuxième années, Paris, Bréal, 2006, 225 p. (ISBN 2749505917), p. 166

[8] Maurice Gerl et Jean-Paul Issi, Physique des matériaux, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1997, 705 p. (ISBN 2880743117), p. 237-238

[9] André Musy et Marc Soutter, Physique du sol, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, coll. « Gérer l'environnement », 1991, 339 p. (ISBN 2880742110), p. 178

[10] « Nivologie - Connaissances de base », sur anena.org, 24 mars 2015

[11] Philippe Coussot et Christophe Ancey, Rhéophysique des pâtes et des suspensions, EDP Sciences, 1999, 266 p. (ISBN 2759802582, lire en ligne), p. 231-232

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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