Conductivité électrique des métaux liquides

Les métaux, qui sont d’excellents conducteurs d’électricité et de chaleur, occupent une place spéciale dans l’étude des états de la matière. D’ailleurs, s’il fallait définir un corps métallique au moyen d’une propriété unique, la meilleure serait incontestablement son coefficient thermique de résistivité. En effet, l’état métallique est caractérisé par une résistance électrique faible qui augmente avec la température et qui double sensiblement à la fusion.

L’étude, tant expérimentale que théorique, des propriétés de transport électronique des métaux et alliages à l’état liquide a subi un regain d’intérêt, dans les années soixante, grâce aux travaux de Ziman et de ses collaborateurs . Ces auteurs ont développé une théorie de la résistivité et du pouvoir thermoélectrique, résultant de la conjugaison de la théorie électronique des métaux et de la théorie des fluides classiques.

Néanmoins, pour une étude élémentaire de la résistivité, on peut utiliser la théorie classique des électrons libres, élaborée par Drude au début du siècle. Dans celle-ci on néglige les actions réciproques des ions avec les électrons de conduction et l’on admet que ces derniers sont entièrement libres de se mouvoir au sein de l’échantillon. Le principal succès de cette théorie a été la justification de la relation de Wiedemann et Franz entre les conductivités électrique et thermique, qui avait été établie expérimentalement quelque temps auparavant. Cependant, même dans le cas des métaux qui se rapprochent le plus du modèle des électrons libres, tels que le sodium, le cuivre et l’argent, il n’est pas correct de négliger l’influence de l’attraction électrostatique des ions sur la distribution des charges électroniques, c’est pourquoi, en dépit de ses succès, la théorie de Drude a rencontré de sérieuses difficultés. Les plus importantes concernaient la chaleur massique, beaucoup plus élevée qu’elle ne l’est en réalité, et la loi de variation de la résistivité avec la température en T^1/2, qui varie, en fait, proportionnellement à la température.

Cet article présente une sélection des résultats expérimentaux de la résistivité des métaux fondus. Néanmoins, une place est réservée à l’exposé succinct de la théorie de la conduction dans les métaux ainsi qu’à la description des principales techniques de mesure de la résistivité des métaux liquides.