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Au delà de la vapeur ?

par JorisHenne, le 23/10/2020 à 14:56 - 220 visites

Bonjour,

que se passe-t-il si l'on chauffe progressivement de la vapeur d'eau disons vers une température infini, qu'elle sera la nature du changement d'état de la vapeur, vers quoi et à quelle température / pression cela arrivera ?

Merci beaucoup !

Joris

Réponse du Guichet du savoir

par gds_et, le 26/10/2020 à 10:26

Bonjour,

Vous vous questionnez à propos des changements d’état de l’eau. On sait qu’à pression atmosphérique normale (1013,25 hPa), l'eau pure, distillée, est solide (glace) pour une température inférieure à 0 °C, liquide pour une température comprise entre 0 °C et 100 °C, et à l'état gazeux (vapeur d'eau) pour des températures supérieures.
À une pression plus faible, le changement d'état se produit pour des températures plus basses. Ainsi, l'eau bout à une température inférieure à 100 °C en montagne car la pression diminue avec l'altitude. Par exemple, au sommet du Mont-Blanc, la pression atmosphérique est plus faible qu'au niveau de la mer, et l'eau bout à 85°C (il n'y a plus d'eau à l'état liquide à plus de 85°C).
Sources : Wikipedia, La main à la pâte

En portant l’eau à des températures supérieures à 374 °C sous une pression supérieure à 218 bar, elle atteint un état de fluide supercritique :

« Qu'est ce que l'état supercritique ?

Au-delà des trois états classiques de la matière que sont le solide, le liquide et le gaz, et au-delà des états « mystérieux » n'obéissant qu'à la physique quantique, existent deux autres états très peu connus que sont l'état plasma (gaz ionisé) et l'état supercritique. Ce dernier, découvert au début du XVIIème siècle par le physicien français Cagniard de Latour, se retrouve systématiquement lorsque l'on amène une substance chimique au-delà d'une pression critique et d'une température critique.
Dans le cas de l'eau, H2O (figure ci-dessous), nous pouvons observer l'état supercritique en portant la température à plus de 374°C et la pression à plus de 22 MPa (soit environ 220 fois la pression atmosphérique). Pour le dioxyde de carbone, CO2 (figure ci-dessous), le point critique est atteint à des conditions moins "extrêmes" : 31°C et 7,3 MPa (environ 73 fois la pression atmosphérique).

À quoi ressemble un fluide supercritique ?

Il n'existe aucun composé « courant » dont la pression et la température critiques sont dans des gammes usuelles de P et T (autour de 1 atmosphère, de -20 à +40°C). L'état supercritique n'existe pas dans la vie de tous les jours. On ne peut pas en « montrer » à des élèves, sauf si le lycée est bien équipé (avec des prépas PC, par exemple). À cause des fortes températures et pressions critiques de la plupart des molécules, cet état a été bien moins étudié, mais une difficulté se rajoute puisqu'il est difficile de l'observer. En effet, la plupart des propriétés d'une substance à l'état supercritique sont un intermédiaire entre l'état gazeux et l'état liquide. C'est le cas par exemple de la densité ou de la viscosité. Heureusement une propriété reste différente suivant les états et permet leur distinction dans certain cas : l'indice optique.
La plupart des substances chimiques possèdent des indices optiques différents entre la phase liquide et la phase solide. Si l'on amène une molécule juste au point critique, on peut avoir la coexistence de l'état liquide et l'état gazeux et la différence d'indice optique induisant la visibilité d'un ménisque caractéristique à cause de la réfraction de la lumière (que l'on peut prédire avec la loi de Snell-Descartes). Si la température ou la pression augmentent, nous entrons dans le domaine supercritique et il n'y a plus qu'une seule phase, le ménisque disparaît. À cela nous pouvons rajouter un phénomène que l'on retrouve parfois et qui s'appelle opalescence critique. Cette fois-ci ce n'est pas la réfraction de la lumière qui est en cause mais sa diffusion, phénomène qui est par exemple responsable de la couleur bleue du ciel. Cette diffusion appelée opalescence optique est caractérisée par une sorte de brouillard juste avant la disparition du ménisque lorsque l'on atteint le domaine supercritique. La figure suivant donne un petit rappel des deux phénomènes physiques observables. »
Source : L'état supercritique en sciences de la Terre, Romain Bouchet Bert-Manoz, ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

(voir aussi les explications sur Futura sciences et le portail des fluides supercritiques)


Bonne journée.
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