Données de physique utilisées en biologie/Les états de la matière

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État solide et état fluide

Deux états s'opposent par l’existence ou non de liaisons stables et rigides entre les molécules de l’ensemble :

• existence de liaisons stables pour l'état solide qui est alors indéformable (au moins sous l'influence de la gravité),
• pas de liaisons stables pour l'état fluide (voire pas de liaisons du tout) alors les fluides sont déformables (sous l'influence de la gravité) et peuvent s'écouler (se déformer et se déplacer d'un point vers un autre par gravité).

Les atomes de part et d’autre d'une liaison stable et rigide sont maintenus dans une position donnée l'un par rapport à l'autre qui explique que les solides soient indéformables.
Les fluides peuvent montrer des liaisons entre leurs molécules mais celles-ci ne sont ni stables, ni rigides.
Les liaisons entre les molécules d'eau en état liquide :

• d'une part, autorisent deux molécules à s'écarter l'une de l'autre mais l'espace libéré sera aussitôt occupé par une autre et de nouvelles liaisons se formeront mais non durables donc instables,
• d'autre part, comme les liaisons sont dues au caractère bipolaire de l'eau, elles tendent à maintenir une distance entre les pôles mais pas la direction de cette liaison et ne sont donc pas rigides.

Pour les solides on distingue :

• les solides compacts pour lesquels toutes les particules élémentaires sont liées entre elles en un seul paquet,
• Les solides meubles pour lesquels les particules élémentaires sont liées entre elles par paquets sans que les paquets soient liés entre eux.

Ainsi, les paquets d'un solide meuble sont des solides compacts. C'est le cas des poudres, sables et graviers dont les grains non liés sont des solides compacts.

Un solide est indéformable mais s'il est soumis à de fortes pressions il casse : la rupture de liaisons entre des molécules entraîne cette cassure.

État liquide et état gazeux

Les liquides et les gaz sont déformables, donc fluides. Ils se distinguent par leur compressibilité ou leur incompressibilité c'est-à-dire à la possibilité de réduire ou non leur volume lorsqu’ils sont soumis à une augmentation de pression :

• les liquides sont incompressibles,
• les gaz sont compressibles.

Les molécules des liquides peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres (caractéristique des fluides) mais restent au contact les unes des autres : il est donc impossible de réduire l'espace qu’elles occupent, ce qui rend les liquides incompressibles.
Les molécules des gaz peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres (caractéristique des fluides) mais chacune au sein d'un espace : il est donc possible de réduire l'espace qu’elles occupent, ce qui rend les gaz compressibles.

Quand le volume d'un gaz est réduit par augmentation de la pression, il se comprime et quand son volume augmente par diminution de la pression, il se détend.

Comme ils sont fluides, ils épousent la forme interne des récipients ou des enceintes qui les contiennent mais du fait :

• de leur incompressibilité, les liquides n'occupent que la partie basse du récipient si leur volume n’est pas suffisant pour remplir la capacité du récipient,
• de leur compressibilité, les gaz occupent toute la capacité de l'enceinte qui les contient (en se comprimant si la capacité de l'enceinte est trop faible ou en se détendant si cette capacité est trop grande).

Les trois états de la matière

Les physiciens distinguent en fait trois états de la matière :

• l'état solide quand la matière est indéformable,
• l'état liquide quand la matière est déformable et incompressible,
• l'état gazeux quand la matière est déformable et compressible.

L'état fluide n’est pas vraiment un état mais un groupe d'états qui s'utilise quand seul le caractère déformable est retenu. Ainsi, l'état fluide s'oppose à l'état solide.

Note

• voir aussi la leçon États de la matière dans le Département:Thermodynamique et physique statistique