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Les principaux états de la matière

L'eau, de même que de nombreux autres matériaux, si ce n'est tous, peut exister sous différents états : solide, liquide, et gazeux.

Dans un gaz, les molécules sont très éloignées les unes des autres. Elles vont très vite (ce qui signifie que le gaz a une température assez élevée, puisque la température mesure le degré d'agitation des molécules). Elles se cognent entre elles, mais ne restent pas ensemble. Un gaz est très compressible : si on le met dans un piston et qu'on appuie, il va prendre moins de place. C'est normal, il y a plein d'espace laissé libre par les molécules. Un gaz, c'est un peu comme des personnes éloignées les unes des autres et qui coureraient dans toutes les directions.

A l'état liquide, les molécules sont encore "libres" : elles se baladent, sans rester sur place. Mais elles sont toutes serrées, parce qu'elles s'attirent les unes les autres. Il faut imaginer qu'elles se cognent très vite entre elles, mais qu'elles ne s'éloignent pas autant les unes des autres : on trouve l'état liquide à une température inférieure à l'état gazeux. Elles restent un peu collées entre elles, parce que justement, une molécule n'a pas assez de vitesse pour échapper à l'attraction des autres. Mais il n'y a pas beaucoup d'espace entre les molécules. Donc un liquide est difficilement compressible. On peut faire le parallèle avec une foule de personnes, mais serrées, cette fois. Chacune des personnes est libre de ses mouvements, mais reste forcément collée aux autres, à cause de la pression. Si la foule est "déformable", elle est peu "compressible".

Le liquide et le gaz sont des fluides : les molécules étant libres à l'intérieur, c'est à dire pas attachées à leurs voisines, les liquides et les gaz sont parfaitement déformables.

Enfin, on trouve l'état solide, à des températures encore inférieures. Dans la glace par exemple, les molécules d'eau sont toutes rangées : on les trouve en rangs serrés, et elles restent à leur place. Si elles tiennent ensemble, c'est parce que justement, elles s'attirent. Mais là, leur vitesse est si faible que les molécules ne font que rester sur place : elles ne peuvent pas échapper à l'attraction de leurs plus proches voisines. L'état solide est en fait un état cristallin : la glace, c'est un cristal, c'est à dire que les molécules sont rangées de façon très précise, très ordonnée, géométrique. C'est un peu cette fois comme un groupe de personnes enchaînées les unes aux autres : elles peuvent encore bouger, s'agiter, mais elles n'ont pas la liberté de changer de voisins. Un truc rigolo quand même : il existe pour la glace par exemple plusieurs sortes de glace - les molécules ne sont pas rangées de la même manière dans chacun de ces cristaux. Il existe de la glace plus lourde que l'eau, par exemple, mais ça n'est pas celle que l'on trouve dans des conditions normales, puisque la glace que nous connaissons flotte sur l'eau (iceberg).

La majorité des matériaux se trouvent sous un de ces états : gaz, liquide ou solide (cristal). Mais il en existe d'autres : le verre, par exemple, n'est pas un cristal, contrairement à ce qu'on pourrait croire. Il a les propriétés d'un solide, mécaniquement parlant, si on n'y regarde pas de trop près. En fait, les atomes du verre sont mal rangés, on dit que c'est un état amorphe. Et en fait, le verre pourrait couler si on appliquait une contrainte suffisante et pendant très longtemps. Contrairement à ce qu'on entend parfois, ce n'est pas parce que le verre coule que les vieilles fenêtres sont irrégulières (juste, ils ne savaient pas faire des plaques de verre bien planes jadis).

Un autre exemple ? Sous nos pieds, on entend souvent dire que le manteau terrestre est liquide, que c'est de la roche fondue. C'est vrai ! Ceci dit, si vous en aviez un échantillon sous la main, vous pourriez à peine l'attaquer au marteau piqueur tellement c'est dur. Ca coule, mais très, très, très lentement, et sous de très fortes contraintes, comme celles qu'on trouve dans le manteau !

Si on augmente encore la température d'un gaz, il peut se transformer en plasma : il y fait tellement chaud que les électrons se font expulser des atomes par les chocs. Un plasma est donc un gaz d'électrons et de noyaux atomiques. On parle de quatrième état de la matière, mais on en trouve sur terre que rarement : lors des décharges électriques (dans les éclairs, quoi), ou lorsqu'on essaye de faire de la fusion nucléaire !

Pour finir, un petit phénomène rigolo : la surfusion. Les changements d'états ne se font pas toujours comme prévu. L'eau peut être liquide en dessous de 0°C, sans problème. Mais c'est instable : vous y touchez, et elle se solidifie. On a utilisé ce phénomène pour faire des bouillottes magiques !