Effets des hautes et très hautes pressions

Actuellement, dans des cellules diamant, des pressions supérieures à 10 GPa sont couramment atteintes. Nous entendrons donc par très hautes pressions celles qui dépassent 100 MPa (1 000 bar) ; notons que les relations de cet article s’appliquent dès la pression atmosphérique. Dans ce domaine, de très nombreux phénomènes ont été découverts et étudiés. Des transitions polymorphiques et électroniques ont été observées comme l’apparition de phases métalliques et parfois supraconductrices à basse température. Dans le domaine des synthèses, les développements les plus importants ont été la synthèse du diamant à partir du graphite et celle du nitrure de bore cubique. Les hautes pressions sont également importantes en géophysique et en astrophysique. La Terre et les planètes sont des milieux de très hautes pressions où de nombreuses transitions peuvent se produire dans les éléments constitutifs.

La matière réagit à l’action de la pression de façon souvent inhabituelle et qu’il faut connaître, car les dissymétries et les irrégularités de forme et de structure peuvent amorcer des réactions dans des pièces soumises à des pressions couramment atteintes. La matière, qui peut se présenter sous forme liquide ou gazeuse à basse pression, n’existe plus en général que sous forme solide à haute pression. Un métal peut subir une compression assez forte pour que son volume soit réduit de 40 % de sa valeur normale. Une tige pleine d’un métal relativement tendre subit une striction vers la section de moindre résistance et les résultantes longitudinales de la pression peuvent en provoquer la rupture comme cela arrive sur les éprouvettes de traction. Les effets mécaniques exercés par la pression sur une paroi se manifestent souvent sur la face opposée ; un tube se déchire à partir de l’extérieur quand on y comprime un fluide. Comprimé vers l’extérieur au contraire (et le cas est particulièrement net avec un tube de matière vitreuse), il se remplit des éclats de sa propre substance.

La figure 1 représente le diagramme pression-température de l’argon avec ses trois phases gaz-liquide-solide. Nous ne considérons que les propriétés dans les régions hachurées qui correspondent à p > 100 MPa, c’est-à-dire celles qui recouvrent le fluide dense, le solide et la transition fluide-solide. Nous excluons donc les propriétés du gaz dilué et de la région critique.

L’unité de pression est le Pascal (Pa) ou le Newton /(mètre ²) (N /m ²), d’autres unités ont également été utilisées dans le passé comme le kilogramme-force/centimètre carré (kgf /cm ²), l’atmosphère (atm) ou le bar (bar). Quelques facteurs de conversion sont donnés dans le tableau 1.