Chapitre 10
Transitions de phase (I)
La transformation d’un liquide en gaz, d’un matériau conducteur en supraconducteur
ou le passage du ferromagnétisme au paramagnétique sont des phénomènes que l’on
dénomme transition de phase. Ils se traduisent par le changement abrupt d’une des propriétés de la substance. Cela se produit lorsque qu’il existe une singularité dans une fonction thermodynamique du système ou dans des dérivées de celle-ci. Nous allons, dans
ce chapitre et le suivant, donner quelques notions très élémentaires sur les transitions de
phase. Il s’agit plus d’introduire des idées physiques sur le sujet que d’en aborder les
développements mathématiques. C’est un domaine complexe mais passionnant que l’on
rencontre souvent dans l’étude des systèmes statistiques et dans la vie courante.
10.1 LA TRANSITION LIQUIDE-GAZ
Nous prendrons comme premier exemple la transition liquide-gaz. Le diagramme de
phase d’un fluide typique, de l’eau par exemple, est représenté schématiquement dans
la figure 1. Dans ce diagramme, on trace, dans le plan P-T, les zones associées aux
différents états ou phases du fluide : solide, liquide et gaz. Les lignes en trait plein qui
séparent les différentes phases sont des zones de coexistence. Ainsi, la courbe AB, qui
sépare la phase solide de la phase gazeuse, est appelée la courbe de sublimation. Sur
cette courbe, le solide et le gaz coexistent. De même, la branche BD, dite courbe de
fusion, représente la ligne de coexistence entre le solide et le liquide. La branche BC
est la courbe de vaporisation. Elle est le lieu des points où le liquide coexiste avec la
vapeur. Que ce soit pour la sublimation, la fusion ou l’ébullition, la figure 1 montre que
les températures de sublimation, de fusion et d’ébullition dépendent de la pression. On
en a une illustration dans la vie de tous les jours avec la température d’ébullition de l’eau
qui n’est pas la même en plaine et en altitude.
c
Dunod. La photocopie non autorisée est un délit.
Transitions de phase (I)
La transformation d’un liquide en gaz, d’un matériau conducteur en supraconducteur
ou le passage du ferromagnétisme au paramagnétique sont des phénomènes que l’on
dénomme transition de phase. Ils se traduisent par le changement abrupt d’une des propriétés de la substance. Cela se produit lorsque qu’il existe une singularité dans une fonction thermodynamique du système ou dans des dérivées de celle-ci. Nous allons, dans
ce chapitre et le suivant, donner quelques notions très élémentaires sur les transitions de
phase. Il s’agit plus d’introduire des idées physiques sur le sujet que d’en aborder les
développements mathématiques. C’est un domaine complexe mais passionnant que l’on
rencontre souvent dans l’étude des systèmes statistiques et dans la vie courante.
10.1 LA TRANSITION LIQUIDE-GAZ
Nous prendrons comme premier exemple la transition liquide-gaz. Le diagramme de
phase d’un fluide typique, de l’eau par exemple, est représenté schématiquement dans
la figure 1. Dans ce diagramme, on trace, dans le plan P-T, les zones associées aux
différents états ou phases du fluide : solide, liquide et gaz. Les lignes en trait plein qui
séparent les différentes phases sont des zones de coexistence. Ainsi, la courbe AB, qui
sépare la phase solide de la phase gazeuse, est appelée la courbe de sublimation. Sur
cette courbe, le solide et le gaz coexistent. De même, la branche BD, dite courbe de
fusion, représente la ligne de coexistence entre le solide et le liquide. La branche BC
est la courbe de vaporisation. Elle est le lieu des points où le liquide coexiste avec la
vapeur. Que ce soit pour la sublimation, la fusion ou l’ébullition, la figure 1 montre que
les températures de sublimation, de fusion et d’ébullition dépendent de la pression. On
en a une illustration dans la vie de tous les jours avec la température d’ébullition de l’eau
qui n’est pas la même en plaine et en altitude.
c
Dunod. La photocopie non autorisée est un délit.