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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 16 — #24
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
sur la droite horizontale d’équation p = p 1 et rencontre successivement les points 2, 3, 4 et 5.
Au point 2, il y a coexistence de la phase gaz et de la phase liquide (liquéfaction du gaz). Au
point 3 le système ne contient qu’une phase liquide. Au point 4 il y a coexistence de la phase
liquide et de la phase solide (solidification du liquide), et au point 5 le système est entièrement solide. Les températures T 2 (au point 2) et T 4 (au point 4) qui peuvent être lues sur un
diagramme de phase sont respectivement les températures d’ébullition (ou de liquéfaction)
et de fusion (ou de condensation) du corps pur à la pression d’étude p 1 .
Diagramme de phases du corps pur : points particuliers
Nous repérons deux points particuliers sur la diagramme de phases (p, T ) :
• Point T : le point T de coordonnées (p T , T T ) est appelé point triple. Il correspond à la
situation de pression et de température pour laquelle les trois phases (solide, liquide, gaz)
coexistent.
• Point C : le point C de coordonnées (p C , T C ) est appelé point critique. Il s’agit de l’extrémité de la courbe de vaporisation qui s’arrête brusquement. Un fluide très proche de son
point critique change de façon continue de l’état liquide à l’état gazeux, causant des fluctuations de densité d’une région à l’autre. Ces fluctuations diffusent fortement la lumière
(comme un brouillard) et le système paraît laiteux. Cet effet est appelé opalescence critique. Pour des températures supérieures à T C ou des pressions supérieures à p C , la phase
gaz se confond avec la phase liquide sous forme d’une phase uniforme appelée fluide
supercritique. Ce fluide supercritique remplit le récipient qui le contient et il n’y a plus
d’interface liquide/gaz.
Exemple de diagramme de phases : cas de l’eau
La caractéristique principale du diagramme d’état de l’eau est située sur la courbe de fusion
(frontière entre les domaines d’existence du solide et du liquide). En effet, la courbe de
fusion est décroissante, ce qui signifie que la température de fusion de l’eau diminue au fur
et à mesure que la pression augmente (voir figure 1.8). Ce comportement, contraire à celui
observé pour la plupart des corps purs, est à corréler au fait que la masse volumique de l’eau
solide est inférieure à la masse volumique de l’eau liquide. Les coordonnées du point triple
et du point critique sont :
T (273,2 K ; 0,008 bar)
C (647,2 K ; 221,0 bar).
Pour une pression supérieure à la pression atmosphérique, la température de congélation de
l’eau est inférieure à 0 °C. Ainsi, si on soumet de la glace à une pression extérieure alors que
la température demeure constante, on peut provoquer la transformation de la glace en liquide.
Ainsi, en Arctique, il est possible d’observer de l’eau liquide sous les épaisses calottes de
glace (parfois plusieurs kilomètres d’épaisseur) même à une température très inférieure à
0 °C (la pression est alors considérable).
Le diagramme d’état (p, T ) de l’eau permet de comprendre le procédé de lyophilisation,
qui consiste à éliminer l’eau des aliments (en général d’origine végétale) en vue de leur
conservation. En abaissant la température, les aliments gorgés d’eau sont solidifiés à pression
constante (A → B). Une brusque détente produite à température constante (diminution de la
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
sur la droite horizontale d’équation p = p 1 et rencontre successivement les points 2, 3, 4 et 5.
Au point 2, il y a coexistence de la phase gaz et de la phase liquide (liquéfaction du gaz). Au
point 3 le système ne contient qu’une phase liquide. Au point 4 il y a coexistence de la phase
liquide et de la phase solide (solidification du liquide), et au point 5 le système est entièrement solide. Les températures T 2 (au point 2) et T 4 (au point 4) qui peuvent être lues sur un
diagramme de phase sont respectivement les températures d’ébullition (ou de liquéfaction)
et de fusion (ou de condensation) du corps pur à la pression d’étude p 1 .
Diagramme de phases du corps pur : points particuliers
Nous repérons deux points particuliers sur la diagramme de phases (p, T ) :
• Point T : le point T de coordonnées (p T , T T ) est appelé point triple. Il correspond à la
situation de pression et de température pour laquelle les trois phases (solide, liquide, gaz)
coexistent.
• Point C : le point C de coordonnées (p C , T C ) est appelé point critique. Il s’agit de l’extrémité de la courbe de vaporisation qui s’arrête brusquement. Un fluide très proche de son
point critique change de façon continue de l’état liquide à l’état gazeux, causant des fluctuations de densité d’une région à l’autre. Ces fluctuations diffusent fortement la lumière
(comme un brouillard) et le système paraît laiteux. Cet effet est appelé opalescence critique. Pour des températures supérieures à T C ou des pressions supérieures à p C , la phase
gaz se confond avec la phase liquide sous forme d’une phase uniforme appelée fluide
supercritique. Ce fluide supercritique remplit le récipient qui le contient et il n’y a plus
d’interface liquide/gaz.
Exemple de diagramme de phases : cas de l’eau
La caractéristique principale du diagramme d’état de l’eau est située sur la courbe de fusion
(frontière entre les domaines d’existence du solide et du liquide). En effet, la courbe de
fusion est décroissante, ce qui signifie que la température de fusion de l’eau diminue au fur
et à mesure que la pression augmente (voir figure 1.8). Ce comportement, contraire à celui
observé pour la plupart des corps purs, est à corréler au fait que la masse volumique de l’eau
solide est inférieure à la masse volumique de l’eau liquide. Les coordonnées du point triple
et du point critique sont :
T (273,2 K ; 0,008 bar)
C (647,2 K ; 221,0 bar).
Pour une pression supérieure à la pression atmosphérique, la température de congélation de
l’eau est inférieure à 0 °C. Ainsi, si on soumet de la glace à une pression extérieure alors que
la température demeure constante, on peut provoquer la transformation de la glace en liquide.
Ainsi, en Arctique, il est possible d’observer de l’eau liquide sous les épaisses calottes de
glace (parfois plusieurs kilomètres d’épaisseur) même à une température très inférieure à
0 °C (la pression est alors considérable).
Le diagramme d’état (p, T ) de l’eau permet de comprendre le procédé de lyophilisation,
qui consiste à éliminer l’eau des aliments (en général d’origine végétale) en vue de leur
conservation. En abaissant la température, les aliments gorgés d’eau sont solidifiés à pression
constante (A → B). Une brusque détente produite à température constante (diminution de la
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