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Accueil du site > Actualités > Technologies > L’hélium liquide, un superfluide étonnant !

L’hélium liquide, un superfluide étonnant !

Nous l'utilisons au quotidien sans nous en rendre compte. Si si. A tel point que son absence changerait franchement notre vie. En plus d'être utile, l'hélium est aussi étonnant. Etant pratiquement inerte chimiquement, il est ainsi incolore, inodore, non toxique. Sous forme gazeuse il se comporte comme un gaz parfait, tandis que sous forme liquide son comportement est encore plus inattendu : il peut sortir tout seul de son récipient en remontant les parois ! Petites explications.

Origines de l'hélium

La plus grande partie de l'hélium présente aujourd'hui dans l'univers a été formée lors de la nucléosynthèse primordiale, c'est-à-dire quelques fractions de secondes après le Big Bang quand la chute de température a "condensé" les particules en atomes. Il représente environ 25 % de toute la matière de l'univers, dans les étoiles et nuages gazeux interstellaires, bien que sur Terre il soit assez rare car sa faible densité est peu propice à une capture gravitationnelle, du moins par notre toute petite planète.

De l'hélium continue à être produit encore aujourd'hui dans l'univers mais par d'autres processus. Cela se passe notamment au coeur des étoiles, où l'hydrogène fusionne en hélium (voir aussi mon article sur les recherches délicates et controversées concernant la fusion thermonucléaire ou le soleil en bouteille).

Il existe huit isotopes de l'hélium, dont deux stables : l'hélium 3 (deux protons et un neutron) et l'hélium 4 (deux protons et deux neutrons).

Le plus abondant est l'hélium 4, et sur Terre il représente 0.000524% de l'atmosphère, soit en gros 75 fois moins que le CO2. Il est produit par la radioactivité α d'éléments lourds présents sur Terre. L'hélium 3 est lui environ 1 million de fois moins abondant.

Venons-en peu à peu à l'objet de cet article.

Comme n'importe quel gaz, l'hélium 4 peut être refroidi pour devenir liquide  : Kammerlingh-Onnes montre en 1908 que cela se passe à 4,22 K (soit -268.93°C) à pression atmosphérique. Mais contrairement aux autres éléments, l'hélium reste liquide jusqu'au zéro absolu (il peut cependant se solidifier à des pressions supérieures à 25 atmosphères).

En 1927, Keesom observe en dessous de 2,17 K un deuxième état liquide différent pour l'hélium ! Il distingue alors ce qu'il appelle l’hélium I et l’hélium II.

Helium I

Ainsi, au-dessous de son point d'ébullition mais au-dessus de 2,17 K (soit -270,98°C, appelé le point lambda λ), l'hélium 4 est sous forme d'un liquide normal incolore, appelé hélium I. L'hélium I a un indice de réfraction tellement proche de celui des gaz (1,026) qu'il est pratiquement invisible : on utilise d'ailleurs des flotteurs en polystyrène pour voir son niveau !

Par ailleurs ce cryoliquide a une viscosité très faible, tout comme sa densité à 0,125. Ce qui est surprenant est que cette densité est 4 fois plus faible que prévue par la physique classique. L'explication est founie par la mécanique quantique : à cette température l'hélium I est tellement refroidis que les mouvements thermiques aléatoires ne peuvent plus masquer les propriétés quantiques des atomes. Les effets de la mécanique quantique, normalement sensibles seulement à l'échelle microscopique, se manifestent ici à l'échelle macroscopique ! Et comme l'atome d'hélium 4 est un boson (de par sa symétrie 2 protons + 2 neutrons), il peut donc exister en partie superposé à lui-même, un peu comme si vous pouviez traverser les murs, ce qui explique sa densité plus faible qu'attendue.

Mais il y a encore mieux !

Helium II, le superfluide

Au début du XXe siècle les études sur l'hélium offrent véritablement un festival de découvertes complètement hallucinantes. Tournée générale :

Tout d'abord en 1932, McLennan à Toronto observe que quand on le chauffe l'hélium II s'évapore sans bouillir. Ca commence fort.

En 1935, Wilhelm, Misener, et Clark à Toronto trouvent que l’hélium II est encore moins visqueux que l’hélium I (qui l'était déjà très peu).

En 1936, Rollin à Oxford a certainement cru à une hallucination en observant que dans un récipient l’hélium II remonte le long des bords et sort tout seul ! (voir plus loin).

Puis au début de l'année 1937, W. Keesom et A. Keesom à Leyde, Rollin à Oxford, Allen Udin et Peierls à Cambridge montrent que l’hélium II conduit incroyablement bien la chaleur, alors qu'il n'y a aucune raison !

En décembre de l'année 1937, Pyotr Leonidovitch Kapitsa à Moscou observe que l'hélium II coule à travers une fente avec une vitesse beaucoup trop élevée, et publie un article dans Nature en janvier 1938. Simultanément Jack Allen et Don Misener à Cambridge publient dans le même numéro de Nature leurs observations sur son écoulement à travers un tuyau très fin indépendant de la pression et même du diamètre du tuyau !

Voilà, diantre, un liquide qui coule selon des lois inconnues !

Pourtant Poiseuille avait montré au XIXe siècle qu'un liquide s'écoule avec une vitesse proportionnelle à la différence de hauteur, à la section du tuyau, et à l'inverse de sa viscosité. Ce qui a donné lieu au développement de toute la mécanique des fluides.

Mais pour apparemment l'hélium II pas du tout !

Ceci ne pouvait s'expliquer à l'époque que par une absence totale de viscosité. Pyotr Leonidovitch Kapitsa donna le nom de superfluidité à ce phénomène, et reçu tardivement en 1978 le Prix Nobel de Physique pour ces travaux (mais pas Allen ni Misener).

Ces derniers observent ensuite en 1938 le très impressionnant effet fontaine : l'hélium II chauffé dans un récipient jaillit comme une fontaine, ce qui est encore contraire aux lois de la nature connues jusqu'alors.

Illustrations...

Ainsi contrairement aux liquides ordinaires, l'hélium II rampe le long des surfaces sans frottements, même apparemment contre la gravité, et s'échappe d'un récipient (à moins qu'il ne rencontre un endroit plus chaud où il s'évapore).

Quelle que soit la surface, il se déplace en un film de 30 nm d'épaisseur (30 milliardièmes de mètre). Ce film est appelé film de Rollin, en souvenir du physicien qui l'a caractérisé.

Du coup il est très difficile de confiner l'hélium liquide. À moins que le récipient ne soit astucieusement construit, l'hélium II escaladera les parois et passera à travers les vannes jusqu'à ce qu'il atteigne une région plus chaude où il s'évaporera.

Ce film de Rollin est aussi impliqué dans l'effet fontaine : un tube remplit de matière poreuse que seul un fluide sans viscosité peut traverser, et prolongé par un petit tube fin en verre, est plongé dans un bain d'hélium II. En chauffant le tube, la partie superfluide à l'intérieur va se transformer en fluide ordinaire. A cause de la supraconductivité, l'équilibre de température avec le bain doit se rétablir, et du superfluide va donc à nouveau pénétrer à travers le bouchon fritté. Mais la pression augmentant, une partie du contenu du tube doit donc être éjecté par le tube fin supérieur, formant un jet, que l'on peut interrompre en cessant de chauffer.

(Pour ceux qu'un peu de maths n'effraient pas, la grande conductivité thermique induit un retour instantané à l'équilibre thermodynamique. Il s'ensuit que dG=-SdT+VdP=0, soit dP/dT=S/V. Un gradient de température est immédiatement compensé par un gradient de pression).

... et explications

Au final, un liquide est dit superfluide s’il n'oppose aucune résistance à l'écoulement. En conséquence, les solides qui se meuvent dans le liquide ne subissent aucun frottement visqueux. L'hélium II rampe ainsi sur les surfaces de façon à rétablir un équilibre hydrostatique.

Une autre propriété remarquable d'un superfluide est l'existence d'une conductivité thermique énorme supraconductrice (plusiers centaines de fois celle du cuivre). La plupart des matériaux bons conducteurs de la chaleur comme les métaux ont des électrons libres qui servent à conduire la chaleur (tout comme l'électricité). L'hélium II n'a pas de tels électrons et pourtant conduit bien la chaleur. Le flux de chaleur obéit à des équations semblables aux équations de la propagation des ondes du son dans l'air. Quand de la chaleur est introduite, elle se déplace à 20 m/s à 1,8 K dans l'hélium II.

Sa supraconductivité explique aussi qu'il ne puisse pas bouillir, toute élévation de température menant directement à une évaporation.

En 1938, Fritz London proposa en premier l’existence d’un lien entre ce phénomène et la condensation de Bose-Einstein. On a depuis découvert qu'à très basse température, environ 10 % des atomes occupent un même état quantique, formant effectivement un condensat. Cependant, de par les fortes interactions entre atomes d'hélium, la proportion d'atomes condensés reste faible, même à très basse température, alors que l'ensemble du fluide possède les propriétés superfluides. Ceci suggère une différence importante entre le phénomène de superfluidité et le phénomène de condensation de Bose-Einstein.

A la même époque, László Tisza propose encore une autre explication par un modèle à deux fluides : le fluide normal qui possède une viscosité non-nulle et le superfluide de viscosité nulle. Lorsque la température diminue, la fraction superfluide augmente et la fraction normale diminue. En dessous du point λ, l'hélium superfluide acquiert la qualité de supraconducteur de chaleur, c’est-à-dire qu'il ne supporte pas la moindre différence de température entre deux de ses parties.

Lev Landau en travaillant chez Kapitsa proposa un autre théorie concurrente à celle de London, à l'origine des travaux sur la supraconductivité. Il eut le Prix Nobel de Physique en 1962.

Ensemble London et Tisza expliquent toutes les propriétés de l'hélium superfluide, et bien que London et Landau ne se furent jamais appréciés, chacun avait en partie raison. Mais c'est bien Tisza qui proposa le modèle encore aujourd'hui utilisé.

Applications

Mais à quoi peut bien servir aujourd'hui l'hélium liquide, après avoir excité les chercheurs au début du XXe siècle ?

L'hélium superfluide est essentiellement utile pour la manipulation des champs magnétiques puissants qui réclament des quantités énormes d'électricité, et donc une résistance électrique minimale pour éviter les déperditions d'énergie. L'hélium superfluide permet de refroidir des conducteurs électriques jusqu'à les rendre supraconducteurs.

Ainsi l'imagerie médicale de type IRM (et les appareils de recherche de type RMN) utilisent de puissants aimants rendus supraconducteurs à basse température grace à l'hélium liquide.

De la même manière les accélérateurs de particules comme ceux utilisés dans certains hopitaux pour les traitement par radiothérapie, ou encore comme le LHC au CERN utilisent des électroaimants refroidis à l'hélium superfluide (9593 aimants mesurant chacun 15m et pesant 34 tonnes, refroidis par 94 tonnes d'hélium II à 1,9K (-271,3°C) pour faire passer un courant de 12000 ampères ; il faut 6 semaines pour refroidir le tout !).

Une autre application concerne les horloges atomiques qui définissent le temps de référence international et permettent la synchronisation des systèmes de télécommunication planétaire (satellites, téléphones mobiles) ainsi que des systèmes de géolocalisation comme le GPS de nos voitures.

L'étude de tous les phénomènes quantiques en recherche fondamentale, dont les recherches pour réaliser des ordinateurs quantiques, est aussi basée là-dessus.

L'hélium liquide est bien partout autour de nous !

Les dernières recherches étudient aujourd'hui de nouveaux phénomènes comme la supersolidité qui équivaudrait à la superfluidité d'un cristal.

(Spéciale dédicace à Easy, qui m'a soumis cette question en février).

  • The Encyclopedia of the Chemical Elements, op. cit., p. 263
  • H. A. Fairbank et C. T. Lane, « Rollin Film Rates in Liquid Helium », dans Physical Review, vol. 76, no 8, octobre 1949, p. 1209–1211
  • B. V. Rollin et F. Simon, « On the “film” phenomenon of liquid helium II », dans Physica, vol. 6, no 2, 1939, p. 219–230
  • http://www.canal-u.tv/themes/sciences_de_l_ingenieur/physique/la_superfluidite

Documents joints à cet article

L'hélium liquide, un superfluide étonnant ! L'hélium liquide, un superfluide étonnant !

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27 réactions à cet article    


  • alphapolaris alphapolaris 19 septembre 2011 10:51

    Super article, très rafraîchissant (se situant à -270°C, il y a de quoi !), tout en étant très éloigné du zéro absolu de « l’information » sur DSK smiley

    Merci beaucoup !


    • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 16:24

      Merci ! Ce fut avec plaisir !


    • Robert - Fusion Froide Robert 19 septembre 2011 11:05

      et il est un gaz incolore, inodore et non toxique... J’adore l’hélium smiley


      • luluberlu luluberlu 19 septembre 2011 12:59

        Merci de votre boulot.


        • robin 19 septembre 2011 13:38

          merci l’auteur, mais j’ai quelques questions :

          Puisque l’Hélium remonte tout seul les parois des récipients, il fournit donc de l’énergie pour y parvenir, d’où vient elle ? Dans ces conditions l’hélium « pèse » t’il effectivement comme tout autre matériau (la gravité l’affecte t’il de la même manière que tout autre matériau ?





          • robin 19 septembre 2011 15:40

            Par Bertrand ’Nash’ Russel (xxx.xxx.xxx.46) 19 septembre 13:51

            Ne vous inquiétez pas, c’est pas avec l’hélium qu’on fera de l’antigravité.

            Le phénomène de l’Helium qui remonte est propre a tout liquide mais il met infiniement de temps à se produire et le fluide a le temps de s’évaporer. Cette remontée est du à la capilarité mais dans le cadre de l’hélium, sa viscosité devient nulle et la remontée qui mérite le qualificatif d’explosif se produit.

            -------------------------------------------------
            Précisemment, où sont les capillaires dans cette expérience ?


          • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 16:27

            L’énergie fournie par l’agitation thermique est suffisante, bien que très faible, justement car il n’y a pas de frottements. La gravité n’est pas assez puissante en comparaison pour freiner ces mouvements.


          • joletaxi 19 septembre 2011 14:36

            On lit cet article avec... gourmandise,car on voudrait en savoir plus sur le phénomène qui se produit au niveau atomique qui expliquerait ce changement de phase ?


            • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 16:42

              Merci ! La réponse à votre question devient un peu complexe, mais je vais essayer d’expliquer.
              Le point lambda est la température sous laquelle l’hélium I (qui se comporte comme un fluide « presque » normal disons) subit une transition d’état en hélium II. C’est-à-dire comme un changement d’état entre solide et liquide, ou entre liquide et gaz. Bref c’est un autre état, que d’habitude on ne voit pas car tous les autres liquides que nous connaissons sont déjà solides à cette température !
              Pour aller dans le détail de la transition de phase (un peu comme pour expliquer l’évaporation), cette transition se produit quand les atomes sont suffisamment ralentis pour tomber dans un état d’énergie unique (voir le condensat de Bose-Einstein). Ils ne sont allors plus affectés par les autres atomes. Ainsi au dessus du point lambda, les atomes bougent de manière désordonnée, mais sous le point lambda ils bougent de manière organisée, sans être solides !
              Encore d’autres infos pour les curieux : plus précisément il y a le point lambda varie selon la pression (2.172K à 0.0497 atm, et 1.76K à 29.8 atm).
              Le point lambda doit son nom à la forme de la courbe qui exprime sa capacité calorifique spécifique en fonction de la température (à pression donnée) : cette courbe ressemble à la lettre grecque lambda car la capacité calorifique spécifique tend vers l’infini quand la température approche du point en question.


            • joletaxi 19 septembre 2011 19:11

              si j’appréhende sans trop me poser de questions les changements de phase,solide, liquide, gaz, par contre ,même si on peut imaginer une organisation des atomes telle que ,en l’absence d’agitations désordonnées, d’ailleurs dans différentes formes,je ne comprends pas pourquoi la viscosité deviendrait nulle ?

              Elle pourrait certes tendre vers la nullité, mais j’ai du mal à défendre l’idée de viscosité nulle ?

              Dans les expériences, au moment de transition de phase, il y a un fort dégagement de gaz,détectable par la présence de bulles.
              Cela correspond à quoi ? Serait-il possible que le changement de phase dégage de l’énergie capable de vaporiser les molécules de He encore en phase1 ?
              Merci de votre aimable attention.


            • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 20:27

              A ce niveau, les atomes étant condensés, les interactions avec les autres atomes et les parois disparaissent au sens classique du terme, puisque les interactions quantiques ne sont plus négligeables. En conséquence la notion de viscosité n’est plus pertinente. En fait je ne sais pas si la viscosité « macroscopique » est vraiment nulle ou trop difficile à mesurer.
              Ce que je sais c’est qu’à cette échelle l’incertitude d’Eisenberg prédomine, ce qui fait que les atomes ne sont plus localisés, ils sont à plusieurs endroits en même temps, et se déplacent avec plusieurs vitesses. C’est toujours difficile de faire le lien quantique-macro.
              Voici pour des calculs précis, mais là moi-même je ne maîtrise pas.
              Pour l’histoire des bulles à la transition de phase, j’aurai tendance à penser que le changement de capacité calorifique permet de transformer au niveau local une partie de l’énergie cinétique de l’hélium I en chaleur que l’hélium II peut alors contenir (ce que l’hélium I ne pouvait pas faire vu que sa capacité calorifique était plus basse). Cette chaleur refournie localement à l’hélium I l’évaporerait sous forme de bulle ? Le tout avec une température moyenne qui baisse bien entendu.


            • joletaxi 19 septembre 2011 21:07

              Ce qui me déstabilise, c’est que, du moins en observant la transition de phase à partir du phénomène« bulle », sur l’explication duquel nous sommes d’accord,(je me suis emmêlé les pinceaux entre I et II) ceci se produit quasi instantanément ?

              J’ai beau tenter d’imaginer un mécanisme justifiant de ce phénomène, s’il existe,je ne vois aucune explication théorique qui tienne ?
              Bien à vous

            • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 21:52

              Je corrige une erreur : en fait il n’y a pas de chaleur latente pour la transition de phase superfluide car cette transition est du second ordre.
              Voir Transitions de phases-Classification
              Vous y trouverez des éléments intéressants notamment sur la transition superfluide.
              Les transitions du premier ordre impliquent une chaleur latente. Ce sont toutes les transitions classiques solide-liquide-gaz et des systèmes hétérogènes.
              Les transitions second ordre n’impliquent pas cette chaleur latente car ce sont en fait des transitions « continues » qui suivent une loi de puissance (voir lien ci-dessus). Ce sont les transitions ferromagnétiques, superfluide et condensation de Bose-Einstein.
              Il existe aussi apparemment des transitions d’ordre infini qui sont aussi continues mais ne brisent aucune symétrie. C’est le cas de la transition transition Berezinsky-Kosterlitz-Thouless.
              Du coup pour les bulles je ne sais pas, je vais y réfléchir.


            • joletaxi 19 septembre 2011 22:23

              il se fait tard, et je vais consulter vos liens plus tard.

              L’apparition de bulles a immédiatement focalisé mon attention.

              Puisque nous sommes dans une problématique de changement d’état,et d’échanges d’énergie,et que je vous « ai sous la main » qu’auriez-vous répondu à cette petite expérience qui nous a fait nous « étriper » pendant des heures :


              comme cela, j’espère ne pas être le seul à ne pas bien dormir cette nuit....

            • Dudule 19 septembre 2011 23:19

              Pour compléter ce qu’à écris xtf17 :

              Transition de phase avec paramètre d’ordre (variation continu d’un paramètre de 0% à 100%) donc sans chaleur latente (Guinzburg-Landau, cité dans l’article pour ce dernier). Exemple : l’aimantation d’un matériaux ferromagnétique en dessous de la température de curie. On peut faire varier continument l’aimantation moyenne de 0% à 100% (tous les moment magnétiques des atomes dans le même sens à 100%).

              Par contre, certains changements de phase n’obéissent pas du tout à ce schéma : pas de brisure de symétrie (un liquide et un gaz sont tout autant désordonné, du point de vu de l’orientation spatiale des molécules, aucune direction privilégié dans l’un par rapport à l’autre, contrairement à ce qui apparait dans un matériaux ferromagnétique dans lequel une aimantation apparait dans une direction précise), pas de paramètre d’ordre qui varierait continument. Ce sont les changements d’état (liquide, gaz, etc...).

              Il existe des tas de transitions de phase autres que celles qui concernent des changements d’états.

              Tout ça pour dire que vous faites une confusion (pour joletaxi) : il y a bien une chaleur latente de liquéfaction lorsque vous faites passer votre hélium de l’état gazeux à l’état liquide. Normal. Mais la transition à l’état suprafluide (lorsque votre hélium est déjà liquide, donc si vous avez continué à baisser la température) est d’une tout autre nature, c’est une condensation de Bose-Einstein : les atome d’Hélium sont des bosons et ont « le droit » d’occuper n’importe quel état quantique (contrairement aux fermions qui ne peuvent occuper le même état qu’un autre fermion : exemple : deux électrons d’un atomes ne peuvent occuper le même état, d’où le remplissage en couches des orbitales atomiques).

              D’où une certaine proportion qui se « mélange », qui « dégénère » pour employer le jargon, la proportion d’hélium dégénéré (qui occupe le même état quantique) représente le paramètre d’ordre.

              En complément, pour comprendre la condensation de Bose : des fermions ne peuvent occuper le même état quantique. Un grand nombre de fermions dans un système « s’empilent » donc sur les états quantiques disponibles, de la façon à les remplirent en partant des états de plus basse énergie. Exemple donné plus haut : les électrons qui remplissent les « couches » (orbitales) atomiques. Ou les électrons dans un métal, qui s’empilent jusqu’au niveau de Fermi.

              Les bosons n’ont pas cette contrainte, donc si l’énergie d’un système devient trop basse, tous s’effondrent sur les niveaux d’énergie les plus bas. C’est pour ça qu’on parle de « condensation » de Bose : ce n’est pas une condensation au sens concret, c’est une condensation au sens énergétique : les bosons « tombent » sur les états de plus basse énergie.

              Au zéro absolu (température impossible à atteindre), tous les bosons d’un système quantique sont sur le niveau le plus bas, le niveau fondamental. Le système est complètement « dégénéré ».

              Mais c’est une transition continue : au fur et à mesure que vous baisser la température, un plus grand nombre de bosons « dégénèrent », se mélangent dans le même état quantique. C’est graduel est fonction des conditions extérieurs. Ce n’est pas une transition du même type que la solidification, par exemple, où si vous mettez de l’eau sous zéro degré à 1 atm, toute votre eau va geler, et si jamais sa ne se passe pas comme ça (surfusion), la transition de phase peut-être très brutale à la moindre perturbation.


            • zelectron zelectron 19 septembre 2011 18:47

              Condensé qui donne du grain à moudre pour ce qu’on ne savait pas et de façon claire, merci.


              • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 20:42

                Merci du compliment, si mon article est lisible et apprécié des lecteurs alors mon but est atteint et l’effort valait le coup.


              • Sinbuck Sinbuck 19 septembre 2011 21:58

                D’abord merci pour cet article de vulgarisation scientifique. La condensation de Bose-Einstein suit une loi mathématique de statistique. Un internaute se pose la question de l’énergie nécessaire pour que l’hélium hyper-fluide remonte les parois. Cette énergie E dépend de la constante de Boltzmann (kb)... Un fluide se comporte donc comme un gaz, il occupe tout l’espace qui lui est offert (niveau 4° pour rappeler le sujet avec le doc). La clé pour ouvrir la porte entre la superfluidité et la supraconductivité prend la forme des « paires de Cooper ». L’hélium 4 subit se phénomène mais pas l’hélium 3. La supraconductivité est liée à la condensation de Bose et la résistance électrique est due aux interactions des électrons de conduction avec le réseau cristallin du matériau solide, et que les électrons sont des fermions et non des bosons. Et donc ? Dans certains cas, certains électrons de spins opposés peuvent se coupler et former ainsi des paires de spins nul (paires de Cooper)...
                Les paires de Cooper sont très étalées et de nombreuses paires se partagent le même espace, elles ont plus de chance de se former à basse température car les vitesses aléatoires des particules sont faibles ! Et paradoxalement, les matériaux supraconducteurs sont les moins conducteurs danses conditions de température normale...
                Toutes ces découvertes sont l’oeuvre de Boltzmann qui traduit de manière statistique le comportement des gaz : il invente la physique statistique. De là, il retrouve la loi de l’entropie (avec ln(x)) qui débouche sur la théorie de l’information de Shannon ; théorie qui pollue notre espace médiatique... mais c’est une autre histoire. Malheureusement, Boltzmann s’est suicidé, il souffrait de dépression cyclique, mais son pouvoir d’abstraction dépasse tant d’autres physiciens/chimistes qu’il mérite un hommage bien mérité.


                • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 22:16

                  J’avais cru comprendre que c’était l’hélium 3 qui crée des paires de Cooper et non l’hélium 4 qui de par sa symétrie est déjà un boson ? Me trompe-je ?


                • Sinbuck Sinbuck 20 septembre 2011 07:30

                  Les composants de l’hélium 4 sont des fermions (2 protons et 2 neutrons) mais un fois liés, ils se comportent comme des bosons. C’est bien le gaz d’hélium 4 qui subit la condensation de Bose (T=2,17K) et pas l’hélium 3 avec ses 2 protons et 1 neutron qui se comporte comme un fermion et ne subit pas ce phénomène.
                  En fait, le passage de l’état fluide à l’état superfluide se produit à T(lambda)=2,17K, différente de la température de Bose d’un gaz d’hélium 4 sans interaction T(B)=3,2K dans les conditions normales (transition de phase du 2ième ordre) de l’étude d’une statistique d’un gaz de bosons libres. Au dessous de T(lambda) l’hélium se comporte comme un ensemble de deux fluides : le fluide normal et le condensat de Bose dans lequel les atomes d’hélium 4 se trouvent dans l’état d’énergie le plus bas. Il y a donc un « comportement double » du même liquide et chaque atome d’hélium peut passer continuellement d’une composante à l’autre.
                  La composante superfluide possède des propriétés extraordinaire car N noyaux d’hélium se retrouve, à un instant donné dans le même état quantique. et ils comportent de manière cohérente au niveau macroscopique et deviennent observables.


                • Ariane Walter Ariane Walter 19 septembre 2011 22:02

                  Non, votre article n’est pas lisible, mais j’adore lire ce que je ne comprends pas. Cela fait rêver. et ce mot « hélium » est très romanesque...
                  Surtout quand on sait qu’il n’est pas dangereux, un peu barbe à papa...


                  • Xtf17 xtf17 19 septembre 2011 22:17

                    Ah ma chère Ariane, quel plaisir de vous lire dans mes commentaires. Une lettrée commentant un article scientifique et le trouvant « romanesque ». Je suis comblé !


                  • Ariane Walter Ariane Walter 19 septembre 2011 22:44

                    J’aimerais tellement comprendre...mais c’est aussi agréable de ne pas comprendre...C’est comme une langue étrangère que l’on entend dans un train...et la personne qui parle a un beau visage sérieux et on lui fait confiance tout en s’endormant....


                  • mandrier 20 septembre 2011 10:09

                    La physique comme on l’aime !...

                    Allez ! Pour nous faire encore plaisir : un petit article sur les aimants en lévitation au dessus de leurs propres images magnétiques dans du He II...

                    J’avais été fasciné par cela quand j’avais 16ans...


                    • Xtf17 xtf17 20 septembre 2011 20:14

                      C’est noté ! smiley


                    • Qaspard Delanuit Gaspard Delanuit 26 septembre 2011 01:30

                      Passionnant article. Les propriétés superfluidiques de l’hélium me rappellent certaines expériences dont j’ai entendu parlé il y a longtemps de cela, tout simplement sur de l’eau. Des chercheurs avaient obtenu une augmentation de la fluidité de l’eau (mais sans modifier sa composition moléculaire, sinon ça ne serait plus de l’eau évidemment !). Le point d’ébullition de cette eau avait été modifié ainsi que sa vitesse d’écoulement dans des tubes de très faible diamètre. Avez-vous des informations sur cette expérience qui m’avait étonné mais dont je n’ai pas pu retrouver les origines ?


                      • gazatouslesetages gazatouslesetages 26 septembre 2011 01:53

                        article très intéressant, ça change des articles de littéreux narcissique où l’on n’apprend rien.
                        c’est construit, et parfaitement illustré par des vidéos.
                        merci à l’auteur, je vais me prendre de passion pour l’hélium :)

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