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Cet article décrit l'effet de la pression sur les solides. Pour les solides, les valeurs des pressions appliquées qui peuvent atteindre, en statique, plusieurs térapascals. À ce niveau, l’environnement électronique des atomes est perturbé et les propriétés de la matière modifiées, ce qui a permis de mettre en évidence des phénomènes tels que le point critique solide-solide, la dissociation moléculaire et de nouvelles formes de transitions de phases.
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Jean-Pierre PETITET : Directeur de recherche (CNRS) Laboratoire d’ingénierie des matériaux et des hautes pressions Institut Galilée, université Paris XIII
INTRODUCTION
L’action de la pression sur les fluides modifie la portée des mouvements internes et entraîne ainsi des phénomènes de réorganisation allant jusqu’à la notion de transition de phase liquide-liquide cf. Action de la pression sur les édifices moléculaires fluides. L’effet de la pression sur les solides est une extension de ce qui a été décrit pour les fluides. La principale différence vient des valeurs des pressions appliquées qui peuvent atteindre, en statique, plusieurs térapascals. À ce niveau, l’environnement électronique des atomes est perturbé et les propriétés de la matière modifiées. Cela a permis de mettre en évidence des phénomènes insoupçonnés, malmenant des concepts bien établis, tels que la notion de point critique solide-solide, la dissociation moléculaire et, surtout, un très large éventail de nouvelles formes de transitions de phases. Ce dernier point ouvre des perspectives à la fois sur une meilleure compréhension de l’intérieur des objets célestes et sur l’émergence de nouveaux matériaux fonctionnels. Depuis vingt ans, un important développement dans le domaine a été permis grâce à la technologie des enclumes de diamant (DAC comme Diamond Anvil Cell) ainsi qu’aux expériences d’onde de choc. Il est cependant important de faire remarquer au lecteur que les expériences réalisées à de telles pressions se font dans des volumes extrêmement petits (< 10 −3 mm3) avec des gradients de pression (et de température dans les expériences pression-température) élevés. Ces réserves ne jettent aucun doute sur les phénomènes parfaitement reproductibles observés, mais ne permettent pas de conclure avec certitude sur les étapes physico-chimiques suivies entre l’état initial et l’état final observé. C’est pourquoi la communauté scientifique s’intéresse actuellement à la fois à la conception de dispositifs permettant de réaliser des expériences sur de « gros » volumes (> 1 mm3) et à une plus grande utilisation des techniques de choc.
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5. Apport de la théorie dans le comportement des solides sous pression
Les termes de « premier principe » et de « ab initio » couvrent un domaine de techniques utilisées pour calculer les propriétés électroniques des assemblages d’atomes et de molécules sans aucune entrée expérimentale en dehors des nombres atomiques des atomes impliqués . Sous pression élevée, les structures présentant des assemblages compacts sont favorisées parce que les interactions répulsives entre les noyaux sont réduites. En corollaire, les phases compactes d’éléments simples sont obtenues à des pressions moins élevées que celles de composés binaires.
Les calculs appliquant les premiers principes pour les solides sont basés sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT) dans laquelle le paramètre essentiel est la densité de charge électronique . Dans les applications pratiques, les effets des échanges et la corrélation des interactions (XC) entre les électrons sont décrits par une fonction approchée de la densité de charge XC. Plusieurs types d’approximation sont possibles. L’approximation dite de densité locale (LDA) consiste à identifier la contribution de l’énergie XC en un point de l’espace à celle d’un gaz d’électrons uniforme. L’approximation...
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BIBLIOGRAPHIE
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