Des chercheurs ont étudié dans le potassium un état inhabituel et pourtant stable de la matière, à la fois solide et liquide. Un état apparu dans des conditions semblables à celles qui existent dans le manteau de la Terre. © PIRO4D, Pixabay License

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Un nouveau matériau, liquide et solide à la fois

ActualitéClassé sous :physique , Serge Mora , physique du solide

Nous l'avons tous appris à l'école. Un matériau est soit liquide, soit solide. Mais la nature est pleine de surprises. Et aujourd'hui, des chercheurs confirment que le potassium, soumis à des conditions extrêmes, est bien capable de se comporter à la fois comme un liquide et comme un solide.

De façon classique, la matière peut se présenter sous une forme solide, liquide ou gazeuse. Mais des chercheurs de l'université d’Édimbourg (Écosse) nous apprennent aujourd'hui que certains éléments, soumis à des conditions extrêmes, pourraient se présenter à la fois comme un liquide et un solide. Et des éléments pas du tout exotiques, de surcroît. Comme le sodium ou le bismuth, par exemple.

Rappelons tout de même que d'autres états de la matière sont connus des chercheurs. Ainsi, le plasma, une sorte de soupe d'électrons et de noyaux atomiques, qui existe à haute température, dans la foudre par exemple. Ou à l'inverse, le condensat de Bose-Einstein, qui survient à très basse température, et dans lequel les particules perdent leur individualité.

Lorsque l'on soumet un métal aussi banal que le potassium à des pressions et à des températures élevées, ses atomes se structurent en un réseau complexe. Ou plutôt en deux réseaux qui semblent aussi bien interconnectés que presque distincts. D'une part, des tubes organisés en forme de X, d'autre part, de longues chaînes reposant dans les creux de cet assemblage. Les chercheurs estiment que la situation pourrait se présenter pour une demi-douzaine d'autres éléments.

Imaginez une éponge gorgée d’eau… Une éponge elle-même faite d’eau ! Vous aurez une idée de ce que peut être ce nouvel état de la matière, à la fois solide et liquide. © sutichak, Fotolia

Les simulations informatiques à la rescousse

Jusqu'à présent, toutefois, les physiciens ignoraient si cette structure exotique de la matière correspondait à un nouvel état ou simplement à une étape de transition entre deux états bien connus. Pour en avoir le cœur net, les chercheurs de l'université d'Édimbourg ont fait appel à des simulations informatiques reprenant le comportement de quelque 2.000 atomes de potassium. Résultat : dans des conditions extrêmes -- une pression comprise entre 20.000 et 40.000 atmosphères et une température comprise entre 127 et 527 °C --, ceux-ci forment bien un nouvel état stable de la matière.

Un état de la matière un peu étrange

Cet état « un peu étrange » a été baptisé état de chaînes fondues car, selon les simulations, de fortes interactions chimiques se créent entre les atomes qui constituent le réseau en X qui demeure de fait solide. Dans le même temps, les longues chaînes formant le second réseau semblent fondre et atteindre un état liquide.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux pourront servir à mieux comprendre le comportement du potassium et d'autres matériaux soumis à des conditions de température et de pression extrêmes comme celles que l'on trouve au cœur des planètes ou des étoiles.

Pour en savoir plus

En bref : ces solides qui imitent les liquides, ce soir, en direct

La déformation d'un solide élastique diffère complètement de l'écoulement d'un liquide. Du moins à première vue. Ce soir à 18 h 30, Serge Mora, physicien, explique le contraire dans une conférence donnée à l'École supérieure de physique et chimie industrielles ParisTech, et que l'on pourra suivre en direct sur le Web. Rendez-vous ici même.

Article de la rédaction de Futura paru le 13/04/2015

Un solide élastique se déforme. Les lois dirigeant son mouvement ressemblent beaucoup à celles auxquelles obéissent les liquides. © DR

Chercheur au Laboratoire de mécanique et de génie civil (université de Montpellier et CNRS), Serge Mora se penchera ce soir, dans une conférence, sur un mystère de la physique que l'on peut observer autour de soi : une corde qu'on laisse filer sur le sol fait un mouvement de va-et-vient, un peu comme le filet de miel qu'on laisse couler sur une tartine. Les déformations d'un liquide et d'un solide élastique, en effet, sont bien souvent similaires.

D'où viennent ces ressemblances ? Pourquoi la Nature a-t-elle choisi des déformations si proches pour des matériaux a priori si différents ? Ce sont les questions que Serge Mora abordera ce soir, expériences à l'appui, à 18 h 30, à Paris, 10 rue Vauquelin (5e arrondissement), dans les locaux de l'ESPCI (École supérieure de physique et chimie industrielles ParisTech). La salle se trouve dans l'Espace des Sciences Pierre-Gilles de Gennes, un chercheur (et prix Nobel) qui s'est passionné pour cette physique de la matière molle.

Elle sera retransmise en direct sur le Web. Pour y assister, cliquez ce soir à 18 h 30 sur le lien suivant : Quand les solides imitent les liquides. Toutes les informations sur le site de l'ESPG (Espace des Sciences Pierre-Gilles de Gennes).

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