Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article décrit l'effet de la pression sur les solides. Pour les solides, les valeurs des pressions appliquées qui peuvent atteindre, en statique, plusieurs térapascals. À ce niveau, l’environnement électronique des atomes est perturbé et les propriétés de la matière modifiées, ce qui a permis de mettre en évidence des phénomènes tels que le point critique solide-solide, la dissociation moléculaire et de nouvelles formes de transitions de phases.
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Jean-Pierre PETITET : Directeur de recherche (CNRS) Laboratoire d’ingénierie des matériaux et des hautes pressions Institut Galilée, université Paris XIII
INTRODUCTION
L’action de la pression sur les fluides modifie la portée des mouvements internes et entraîne ainsi des phénomènes de réorganisation allant jusqu’à la notion de transition de phase liquide-liquide cf. Action de la pression sur les édifices moléculaires fluides. L’effet de la pression sur les solides est une extension de ce qui a été décrit pour les fluides. La principale différence vient des valeurs des pressions appliquées qui peuvent atteindre, en statique, plusieurs térapascals. À ce niveau, l’environnement électronique des atomes est perturbé et les propriétés de la matière modifiées. Cela a permis de mettre en évidence des phénomènes insoupçonnés, malmenant des concepts bien établis, tels que la notion de point critique solide-solide, la dissociation moléculaire et, surtout, un très large éventail de nouvelles formes de transitions de phases. Ce dernier point ouvre des perspectives à la fois sur une meilleure compréhension de l’intérieur des objets célestes et sur l’émergence de nouveaux matériaux fonctionnels. Depuis vingt ans, un important développement dans le domaine a été permis grâce à la technologie des enclumes de diamant (DAC comme Diamond Anvil Cell) ainsi qu’aux expériences d’onde de choc. Il est cependant important de faire remarquer au lecteur que les expériences réalisées à de telles pressions se font dans des volumes extrêmement petits (< 10 −3 mm3) avec des gradients de pression (et de température dans les expériences pression-température) élevés. Ces réserves ne jettent aucun doute sur les phénomènes parfaitement reproductibles observés, mais ne permettent pas de conclure avec certitude sur les étapes physico-chimiques suivies entre l’état initial et l’état final observé. C’est pourquoi la communauté scientifique s’intéresse actuellement à la fois à la conception de dispositifs permettant de réaliser des expériences sur de « gros » volumes (> 1 mm3) et à une plus grande utilisation des techniques de choc.
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Modification des propriétés électroniques par effet de pression3. Cinétique des transitions de phase induites par la pression
Historiquement, la classification des transitions de phase est fondée soit sur la vitesse de transformation soit sur la nature des formes cristallines rencontrées (Ehrenfest). Pour les transformations de phase induites par la pression, il est peut-être plus général de considérer deux catégories de transition solide-solide :
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les transformations polymorphiques displacives, pour lesquelles l’énergie d’activation est relativement faible et la transformation plutôt rapide. Elles interviennent à relativement basses températures (ambiante ou plus basse température) et aucun processus de diffusion n’intervient ;
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les transformations de type reconstructif pour lesquelles l’énergie d’activation est élevée et les transitions généralement lentes. La vitesse de transformation devient appréciable par élévation de la température. Ces transformations sont souvent contrôlées par la diffusion.
Le tableau 1 résume ces différentes catégories avec quelques exemples.
Sous pression, la plupart des transitons observées ne sont pas diffusives car la pression a tendance à réduire les phénomènes de diffusion à l’état solide. La pression augmente considérablement les termes répulsifs entre atomes voisins et augmente ainsi la barrière de potentiel de diffusion. L’application progressive de la pression distord la structure, les formes moléculaires et l’orientation mutuelle des atomes jusqu’à la transition qui s’effectue malgré tout, avec un déplacement relativement limité des atomes. Ces faibles déplacements sont souvent réversibles (même dans les transformations cristal-amorphe) et d’intéressantes relations de symétrie existent entre les phases qui peuvent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - GILVARRY (J.J.) - * - Phys. Rev., 102, p. 317-324 (1956).
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(5) - GREER (A.L.) - Too hot to melt - . Nature, 104, p. 134-5, 2 fig., bibl. (12 réf.) (9 mars 2000).
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