Par Victor Marchandise, Année 12
Tout le monde connaît les trois principaux états de la matière: solide, liquide et gazeux. Cependant, il existe deux autres états de la matière bien plus mystérieux: le plasma et les superfluides. Le plasma est l’état le plus abondant de l’univers puisque les étoiles en sont composées. L’état de superfluide est lui bien moins connu, mais tout aussi fascinant.
Cet état a été découvert en refroidissant de l’hélium à très basse température (inférieur à 2.17 Kelvin). À cette température, l’hélium se comporte tout à fait différemment des autres fluides. Par exemple, lorsqu’on verse un liquide dans un verre, il est censé rester au fond. Le superfluide est lui capable de remonter le long des parois, échappant donc la gravité. Un superfluide ne possède pas de viscosité et peut conduire la chaleur de manière parfaite. Lorsque l’on chauffe une piscine remplie d’eau, il faut du temps pour que la chaleur se propage et que toute l’eau soit à une température égale. Si on échangeait cette eau avec de l’hélium superfluide, toute la piscine aura la même température à tout moment, comme si la chaleur se propageait instantanément. Le fait qu’un superfluide n’a pas de viscosité signifie qu’il n’y a aucune résistance à l’écoulement du fluide. Par exemple, lorsqu’on prend une paille que l’on agite en rond dans un verre rempli d’eau, le liquide se met à suivre le mouvement de la paille tandis que le superfluide lui reste immobile.
L’hélium liquide est souvent utilisé dans le refroidissement de câbles ou de bobines supraconductrices. Cela permet de faire circuler un courant électrique quasiment sans pertes d’énergie. Le CERN à Genève possède d’ailleurs la plus grande production d’hélium liquide au monde, et se repose d’ailleurs entièrement sur cet élément pour refroidir les supraconducteurs de son accélérateur de particules.
L’hélium est le seul élément qui ne peut pas être solidifié à pression ambiante, il faut donc y appliquer une grande pression afin de l’observer sous forme solide (25 bars minimum). Le diagramme ci-dessous illustre les propriétés de l’hélium à basse température. Il montre d’ailleurs qu’il existe deux types d’hélium liquide: une phase liquide normale et une phase liquide superfluide.
La superfluidité est donc un état de la matière très étonnant et qui a des propriétés qu’on pensait autrefois inexistantes.
