Zéro absolu

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Le zéro absolu est la température la plus basse accessible. Elle vaut -273,15°C ou 0 K (kelvin). C'est la température minimale asymptotiquement atteignable. Cela signifie qu'à cette température, une substance ne contient plus à l'échelle macroscopique l'énergie thermique (ou chaleur) nécessaire à l'occupation de plusieurs niveaux énergétiques microscopiques. Les particules qui la composent (atomes, molécules) sont tous dans le même état d'énergie minimale (état fondamental). Cela se traduit par une entropie nulle due à l'indiscernabilité de ces particules dans ce même niveau d'énergie fondamentale et par une totale immobilité au sens classique. En effet, on sait, grâce à la physique quantique, que les particules possèdent toujours une quantité de mouvement non nulle d'après le principe d'incertitude (Heisenberg).

Pour faire la conversion °C vers kelvin, on fixe à T(K)=T(°C)+273,15.

[modifier] Physique

On ne peut mesurer de température inférieure au zéro absolu ; 0 K est une limite infranchissable. Cette limite est définie dans le troisième principe de la thermodynamique, elle correspond à une entropie nulle. L'unité de mesure utilisée en physique est le kelvin (symbole K).

Cette température absolue est théorique et ne peut donc être atteinte, de plus elle n'existe nulle part dans l'univers.

[modifier] Histoire

L'état du zéro absolu est proposé pour la première fois par Guillaume Amontons en 1702. Amontons travaille sur la relation entre température et pression dans les gaz bien qu'il n'ait pas à sa disposition de thermomètre précis. Bien que ses résultats soient quantitatifs, il établit que la pression d'une quantité donnée de gaz confinée dans un volume donné augmente d'à peu près un tiers lorsqu'il passe d'une température "froide" à celle de l'ébullition de l'eau. Son travail l'amène à supposer qu'une réduction suffisante de température entraînerait une absence de pression.

En fait, bien que le zéro absolu puisse être défini de cette façon, tous les gaz se liquéfient avant d'atteindre 0 K.

En 1848, William Thomson, Lord Kelvin, propose une échelle de température absolue dans laquelle une réduction de la température mesurée correspond à une réduction équivalente dans la chaleur du corps étudié. Ce concept, en se libérant des contraintes de la loi des gaz, établit un zéro absolu comme étant la température à laquelle plus aucune chaleur ne peut être tirée du corps.

[modifier] Application

Les physiciens ont découvert que certaines substances développent des propriétés très intéressantes lorsqu'elles atteignent cette limite. Certains fluides, par exemple, perdent toute viscosité (c'est la superfluidité), et certains métaux ou alliages perdent leur résistance électrique (c'est la supraconductivité). Les recherches pour s'approcher du zéro absolu sont donc nombreuses.

En pratique, on atteint aujourd'hui facilement 0,21 K en faisant évaporer de l'hélium. Une autre méthode - appelée la « désaimantation adiabatique de substances paramagnétiques » - permet d'obtenir des températures encore plus basses, jusqu'à 10^-6 K. Enfin, le refroidissement de gaz atomiques bosoniques jusqu'à la condensation de Bose-Einstein permet d'atteindre des températures de l'ordre de 10^-9 K.