État de la matière

Les différents états de la matière et leur changement d'état.

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.

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.