Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Comment reconnaître un solide d'un liquide ?

 

 

 
 

        J'en vois certains qui ricanent, et qui se disent que c'est une question stupide, parce que ça se voit... En effet, dès l'école primaire, on fait l'inventaire des différences entre le comportement de l'eau (THE liquide...) et d'un caillou par exemple. Mais la nature possède un certain sens de l'humour, parfois révélé aux heureux élus choisis pour leur patience de menhir.

Solide

  C'est un glaçon, indéformable, tant qu'il fait assez froid. Ses molécules sont accrochées solidement les unes aux autres. Le volume du glaçon d'eau est plus grand que lorsqu'il est fondu. C'est le contraire pour la plupart des autres matériaux...

Liquide

  C'est l'eau telle quelle coule de notre robinet, ses molécules sont mobiles, mais lentes. Elles sont encore faiblement liées entre elles, puisqu'elles restes confinées sous un certain niveau.

Gaz

  On l'appelle alors vapeur d'eau, ses molécules sont alors totalement libres et très rapides (quelques centaines de mètres par seconde). Elles occupent tout l'espace disponible et se cognent contre les parois en exerçant une pression sur elles.

        L'une des plus anciennes expériences de physique actuellement en cours, et inscrite pour cette raison dans le Guinness Book s'intitule "The pitch drop experiment". (deux autres sont en réalité encore plus anciennes, l'horloge électrique d'Oxford et l'horloge Néo-Zélandaise de Beverly...). Cela se passe à l'université de Queensland, en Australie. Ne soyez pas impatients, je vous raconte tout ça:

© Université du Queensland
      Le matériau utilisé est un bitume, donc tout noir, aux facettes luisantes. Il est cassant comme du verre, et un coup de marteau le fait voler en éclat. Solide ou liquide? Toute la classe lève le doigt: c'est l'unanimité pour "solide".

 

       

© Université du Queensland
         En 1927, ce bloc de bitume a été placé dans un entonnoir fermé. Son col d'écoulement fût ouvert en 1930. Et il s'est mis à couler... 1ère goutte tombée en... 1938. Tous les 8 ou 9 ans une nouvelle goutte choit (1947, 54, 62, 70, 79, 88 et 2000...). Alors? Solide ou liquide?: les doigts se font hésitants, mais bon, il faut le tenter: "liquide?..."

 

        Un côté rigolo de l'affaire est que personne n'a encore jamais vu tomber la goutte. Une webcam avait été mise en place pour celle de 2000, mais, pas de chance, elle est tombée en panne juste avant l'évènement fatidique. Comparé à notre goutte, le monstre du Loch Ness est un véritable exhibitionniste.

        On commence à s'apercevoir que le problème, à savoir la distinction entre solide et liquide, est peut-être plus subtil qu'il en a l'air. Bien sûr, la température joue un rôle dans l'affaire, mais à température donnée, force est de constater qu'il n'est pas toujours aisé de déterminer l'état d'un matériau. Curieusement, la durée de l'observation intervient: observé quelques secondes, et ce morceau de bitume est clairement un solide. Mais sur des années, c'est un liquide. Pensez à ce que donnerait un film constitué d'une image prise par an, et montré à la vitesse de défilement d'une image par seconde: toutes les 10s, une goutte tombe au fond du verre, c'est donc bien liquide... Au contraire, si l'on filmait l'écoulement d'un verre d'eau à 10 millions d'images par seconde et qu'on le repassait à une image par seconde, notre "fluide" semblerait bien figé à l'état solide.

        Evidemment, il est sans doute possible de redéfinir nos deux états à partir de paramètres plus fins: structure moléculaire, énergies de liaisons intermoléculaires ou autres... Mais ne retomberait-on pas dans un système de classification plus précis, certes, mais tout aussi artificiel?

        Le problème de dénomination tient essentiellement à notre habitude dichotomique de décrire le monde. On range les objets et les phénomènes par catégories, en tentant d'abord de les placer dans des classeurs à deux compartiments, que l'on partage en deux à nouveau si nécessaire... Mais la nature n'a pas l'air d'être à l'aise dans des systèmes de classification trop rigides, et il n'est pas impossible que nous passions à côté de certaines découvertes simplement parce l'on ne pense pas à regarder dans le tiroir d'a côté. C'est nous qui inventons les cloisons, la réalité elle, nous montre trop souvent que les frontières sont artificielles.

 

© Université du Queensland

  Sur cette image, la 6ème goutte (celle de 1979) vient de tomber!...

"Pitch drop experiment": Queensland University

Grand merci au professeur John S Mainstone, de cette même université.