En thermodynamique cela désigne une représentation graphique en deux, parfois trois dimensions, des différentes phases d'un corps comme l'eau, un alliage etc...
En général, on utilise les variables thermodynamiques température et pression. Dans le diagramme ci-dessous, chaque point correspond à un couple de conditions de température et de pression. Selon celles-ci un corps pur existera sous différentes phases liquide, solide etc... Les transformations d'une phase à une autre possédent des noms précis. Ainsi le passage de l'état solide directement à l'état gazeux est une sublimation. On parle de transitions de phases.
On trouve des diagrammes de phase en géologie et en astrophysique par exemple. Ainsi, dans des conditions précises de températures et de densités, les hadrons se déconfinent et forment un plasma de quarks et de gluons appellé Quarks Gluons Plasma ou QGP en anglais.
C'est ce qu'on peut voir sur le diagramme ci-dessous.
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