Température et phénomènes physiques
Cryogénie

Née vers 1877 lorsque l’oxygène fut liquéfié pour la première fois par Pictet et Cailletet (T » 90 K), la notion de cryogénie ne s’apprécie pas de la même façon dans un centre de recherches travaillant couramment à quelques millikelvins et dans une installation industrielle testant le moteur du troisième étage d’Ariane V. La découverte récente des supraconducteurs à haute température critique (125 K en 1992) a même fait « réannexer » des températures jusqu’alors qualifiées de chaudes par les cryogénistes : en effet, les physiciens de la matière condensée cherchent toujours à saisir les mécanismes profonds de cette nouvelle manifestation d’une propriété découverte dès 1911 par Kamerlingh Onnes peu après la première liquéfaction de l’hélium vers 4 K.

La température caractérise l’énergie cinétique des constituants d’un corps. Aussi, abaisser la température, c’est ouvrir la possibilité de distinguer des propriétés souvent très ténues, mais essentielles pour tester la validité des théories scientifiques, et habituellement masquées par l’agitation thermique à la température ordinaire : la supraconductivité et la superfluidité sont des manifestations macroscopiques de la théorie quantique. Les développements des outils de refroidissement permettent maintenant de mettre en évidence des phénomènes fascinants : résistivité non ohmique de systèmes submicroniques, ordre magnétique du cuivre ou de l’argent, effet Hall quantique, détection de nouvelles particules, température de l’Univers. Ces manifestations inattendues conduisent souvent à l’élaboration de nouveaux moyens d’investigation, qui sont sources à leur tour de questions originales. Cette richesse est bien caractérisée par la douzaine de prix Nobel attribués dans ce domaine. La figure 2 présente les principales étapes dans l’obtention des basses températures et quelques découvertes associées.