Haute pression

Percy Williams Bridgman a reçu un prix Nobel en 1946 pour avoir fait progresser ce domaine de la physique de plusieurs magnitudes de pression (400 MPa à 40 000 MPa). La liste des pères fondateurs de ce domaine comprend également les noms de Harry George Drickamer, Tracy Hall, Francis P. Bundy, Leonid F. Vereschagin, et Sergey M. Stishov.

C’est en appliquant une haute pression ainsi qu’une haute température au carbone que les diamants artificiels ont été produits pour la première fois ainsi que de nombreuses autres découvertes intéressantes. Presque n’importe quel matériau, lorsqu’il est soumis à une pression élevée, se compacte dans une forme plus dense, par exemple, le quartz, également appelé silice ou dioxyde de silicium, adopte d’abord une forme plus dense connue sous le nom de coesite, puis, lors de l’application d’une pression encore plus élevée, forme la stishovite. Ces deux formes de silice ont d’abord été découvertes par des expérimentateurs sous haute pression, mais ensuite retrouvées dans la nature sur le site d’un impact de météorite.

Les liaisons chimiques sont susceptibles de changer sous haute pression, lorsque le terme P*V de l’énergie libre devient comparable aux énergies des liaisons chimiques typiques – c’est-à-dire à environ 100 GPa. Parmi les changements les plus frappants, citons la métallisation de l’oxygène à 96 GPa (faisant de l’oxygène un supraconducteur), et la transition du sodium d’un métal à électrons presque libres à un isolant transparent à ~200 GPa. À une compression ultimement élevée, cependant, tous les matériaux se métallisent.

L’expérimentation à haute pression a conduit à la découverte des types de minéraux que l’on croit exister dans le manteau profond de la Terre, comme la pérovskite silicatée, qui constituerait la moitié de la masse terrestre, et la post-perovskite, qui se produit à la limite noyau-manteau et explique de nombreuses anomalies déduites pour cette région.

Des « repères » de pression : les pressions typiques atteintes par les presses à grand volume atteignent 30-40 GPa, les pressions qui peuvent être générées à l’intérieur des cellules d’enclume en diamant sont ~1000 GPa, la pression au centre de la Terre est de 364 GPa, et les pressions les plus élevées jamais atteintes dans les ondes de choc sont supérieures à 100 000 GPa.