Point critique (thermodynamique)

Graphique tridimensionnel volume molaire-température-pression (V-T-P).

Isothermes dans le diagramme volume molaire-pression (V-P).

Le long de la courbe d'équilibre liquide-gaz (qui part du point triple solide-liquide-gaz, généralement noté T), la différence de masse volumique entre le liquide et le gaz, ${\displaystyle \rho _{\mathrm {l} }-\rho _{\mathrm {g} }}$, diminue jusqu'à s'annuler au point critique C. En ce point, toutes les propriétés des deux phases (indice de réfraction, chaleurs massiques, etc.) deviennent identiques.

Aux températures et pressions supérieures à celles du point critique le fluide est supercritique : on ne peut plus distinguer une phase liquide d'une phase gaz, on passe continûment des propriétés d'un liquide (à haute pression et relativement basse température) à celles d'un gaz (à relativement basse pression et haute température) : le corps pur est alors qualifié de fluide supercritique.

Si l'on fait varier la température et la pression de telle sorte que le point représentatif dans le diagramme température-pression se déplace sans franchir la courbe d'équilibre on n'observe qu'une évolution continue, même si l'on part d'un point du domaine liquide pour arriver à un point du domaine gazeux. C'est seulement au franchissement de cette ligne qu'on peut observer une transition de phase liquide → gaz (vaporisation) ou gaz → liquide (liquéfaction).

On parle parfois d'état critique pour un fluide dont la température et la pression sont proches du point critique, cet « état » possédant des propriétés inhabituelles comme l'opalescence critique. Mais ce n'est pas un état de la matière au sens de la thermodynamique (absence de délimitation par des changements d'état).

On parle aussi d'état supercritique pour l'état d'un fluide supercritique. À proprement parler ce n'est pas un état de la matière au sens de la thermodynamique, mais une situation intermédiaire entre l'état liquide et l'état gazeux, et en continuité avec ces deux états.

Chaque corps chimique possède un point critique, caractérisé par une température critique (T_C), une pression critique (P_C) et une masse volumique (ou un volume massique) critique (V_C ou ρ_C).

• Eau (H₂O) : T_c = 374,15 °C, P_c = 22,12 MPa (221,2 bars, environ 220 atm)[1] - [2] - [3].
• Méthane (CH₄) : T_c = −82,6 °C[4], P_C = 4 600 kPa (environ 45,4 atm)[5].
• Éthylène (C₂H₄) : T_c = 9,19 °C[4], P_c = 5 060 kPa (environ 50 atm)[5].