Mémento de physique appliquée - afroa.fr · MODE D ’EMPLOI PDP Mémento de physique appliquée 4 Mémento, mode d’emploi E N ’EST pourtant pas la faute de la physique si la

UNIVERSIT DE PARIS 1

MASTER SPCIALIT CONSERVATION PRVENTIVE DU PATRIMOINE

Mmento de physique applique tabli lintention des conservateurs, des rgisseurs

et des restaurateurs de biens culturels

La Nature a toujours eu lair dun inextricable sac de nuds, mais, force, on y distingue des structures et on commence difier des thories ; un peu de clart apparat et les choses se simplifient.

Richard FEYNMAN (prix Nobel 1965). Lumire et matire (traduction de QED, the Strange Theory of Light and Matter), Interditions, Paris, 1987, p.192.

Pierre Diaz Pedregal

Version 3d Novembre 2008

SOMMAIRE

PDP Mmento de physique applique 3

Sommaire

Pages

A Lexique comment ............................................................................................................................ 4

B Complments ....................................................................................................................................87

Le tube de Torricelli et la pression atmosphrique.....................................................................91

chelles thermomtriques..............................................................................................................99

Quelques informations utiles sur les units ...............................................................................102

Grandeurs et units photomtriques ..........................................................................................106

Bibliographie commente.............................................................................................................109

C Index..................................................................................................................................................101

Index des notions expliques.......................................................................................................114

Index des traductions....................................................................................................................119

Index des scientifiques cits .........................................................................................................121

MODE DEMPLOI


Mmento, mode demploi

E NEST pourtant pas la faute de la physique si la nature est complique ! Cest vrai quils ne sont pas aiss dcrire, ces nombreux phnomnes

lis au comportement thermo-hygromtrique des btiments en gnral et des difices patrimoniaux en particulier. Il est tout aussi exact que les mcanismes qui compromettent la conservation des collections et autres biens culturels ne sont pas toujours faciles comprendre. cet gard, ce lexique, qui offre un choix limit de termes ou expressions utiles, sinon indispensables, constitue un effort de clarification de notions souvent dlicates et dont les dfinitions mritent dtre rappeles.

Le sens donn aux termes du lexique peut diffrer, parfois sensiblement, des acceptions communes. Ainsi, une hauteur est ici dfinie comme un angle, une frontire , comme les limites dun systme physique, etc. Par ailleurs, le lexique semploie dnoncer quelques frquentes et graves confusions : celle entre masse et poids , ou encore entre force , puissance et nergie ...

Ne figurent dans ce lexique que de rares formules mathmatiques, retenues pour leur beaut ou leur importance dans lhistoire de la physique. Elles ne devraient pas constituer un obstacle majeur pour les lecteurs curieux et attentifs.

Les termes en PETITES CAPITALES GRASSES utiliss dans les dfinitions renvoient des entres du lexique. Ceux en caractres italiques constituent des corrlats comments dans le texte mme de la dfinition ou bien dans une autre entre quil est ais de trouver en consultant lindex principal des notions plac la fin du lexique. Celui-ci rfrence galement les corrlats figurant en italique dans le texte.

Les rfrences en gras et surlignes dune trame grise telles que chelles thermomtriques, renvoient aux dveloppements proposs dans les complments placs la suite du lexique.

Pour viter dalourdir la typographie, les mots solide et liquide qui constituent des entres du lexique, ne sont jamais enrichis quand ils sont utiliss comme adjectifs. De mme, aucun enrichissement nest opr dans les tableaux.

Lorsquune expression comporte un nom propre (exemples : Forces de Van der Waals ,

nombre dAvogadro , table de Mendeleev , loi de Boyle-Mariotte ), la recherche dans lindex doit soprer partir du nom propre comme le montre cet exemple surlign en bleu clair :

ATOME............................................................................... 9 Avogadro (Nombre d)................... Quantit de matire AZIMUT ...........................................................................10

Lorsquune entre du lexique correspond une grandeur dimensionne, le symbole de lunit avec laquelle elle doit tre exprime est indiqu sous le nom de la grandeur. Les units utilises sont celle du systme SI dont une prsentation dtaille est donne dans les complments.

Les valeurs indiques pour les constantes universelles sont les dernires valeurs connues (2002), arrondies la cinquime dcimale significative.

Pour faciliter la lecture darticles ou douvrages en anglais, nous proposons une traduction de toutes les entres du lexique. On notera que si certains termes franais sont au singulier, leur quivalent anglais prend le pluriel : la physique se traduit par physics , la thermodynamique devient thermodynamics. Cette traduction est mentionne dans la colonne de gauche. Certaines expressions nont pas dquivalent direct en anglais, notre connaissance. Nous proposons alors une traduction approche prcde du symbole . Les traductions sont galement reprises dans un index spcifique o elles sont classes par ordre alphabtique. Il est ainsi possible de sy rfrer la faon dun dictionnaire.

Pour les lecteurs soucieux de rendre Csar ce qui appartient Csar, nous proposons un index des scientifiques cits dans ce mmento. Il est prcd de quelques commentaires.

Les illustrations identifies par la mention Doc. DRION & FERNET sont tires du vnrable ouvrage : Ch. DRION, . FERNET. Trait de physique lmentaire, 9me dition, Masson, Paris, 1883. Lorsque lorigine de lillustration ne nous est pas connue, le document est not DR (droits rservs). Les illustrations sans mention particulire ont t cres par nous.

C

LEXIQUE


LLeexxiiqquuee ccoommmmeenntt

Les mots sont plus mystrieux que les faits.

Pierre MAC ORLAN. La Petite Cloche de Sorbonne, Gallimard, Paris, 1959.

LEXIQUE


AA ABSORPTION

Absorption

Phnomne de pntration et de rtention dun FLUIDE dans un MATRIAU par les seules forces de CAPILLARIT. Une ponge mouille est un bon exemple de manifestation de ce phnomne. ne pas confondre avec ADSORPTION.

Le terme dabsorption est galement utilis par les acousticiens quand ils voquent lattnuation dun son provoque par linteraction dune ONDE sonore avec la MATIRE. Cette attnuation correspond alors un transfert dNERGIE entre londe sonore et la substance absorbante qui, en gnral, schauffe (trs faiblement !).

On parle galement dabsorption lors de linteraction dun RAYONNEMENT LECTROMAGNTIQUE avec la matire. Soumis un rayonnement, une substance peut le rflchir, le transmettre et/ou labsorber. Le rapport de la PUISSANCE absorbe du rayonnement la puissance reue est dnomme absorptivit. On le note . De mme, on note la transmissivit, ou rapport de la puissance transmise la puissance reue, et la rflectivit, ou rapport de la puissance rflchie la puissance reue. Un rayonnement ne pouvant tre que rflchi, transmis et/ou absorb, on a la relation vidente :

+ + = 1.

Il est important de noter que ces proprits dabsorptivit, de transmissivit et de rflectivit dun matriau donn dpendent de la longueur donde du rayonnement lectromagntique considr. Ainsi, un matriau peut prsenter une forte transmissivit pour un rayonnement de courte longueur donde et par ailleurs se rvler parfaitement opaque pour un rayonnement de grande longueur donde. Un exemple vident est celui du verre qui est transparent dans le domaine du visible mais devient opaque pour des rayonnements de longueur donde suprieure environ 3 m. Cette sensibilit dun matriau aux caractristiques du rayonnement est appele slectivit spectrale.

ACIDE

Acid

Se dit dun corps chimique, ION ou MOLCULE, susceptible de librer un ion H+ (cest--dire un proton). Il sen suit que tout acide contient ncessairement au moins un atome dhydrogne. Pour autant, toutes les substances contenant de lhydrogne ne sont pas ncessairement des acides. Ainsi, bien quil comporte quatre ATOMES dhydrogne, le mthane CH4 nest pas un acide. En revanche, HCl est bien un acide. Aprs dissolution dans leau, on obtient lquilibre ionique :

HCl + H2O H3O++ Cl.

Cest Svante ARRHENIUS, un chimiste sudois, connu pour la loi qui porte son nom sur lactivation chimique ( NERGIE DACTIVATION) qui, en 1887, proposa une thorie de la dissociation lectrolytique et qui dfinit les acides et les bases comme donneurs respectivement dions H+ et OH. Cette thorie lui valut de recevoir le

LEXIQUE


prix Nobel en 1903.

La mesure de lacidit dune SOLUTION est donne par le POTENTIEL HYDROGNE. Un pH infrieur 7 confirme lacidit dune solution.

ACTIVIT

Activity

http://www.chem.arizona.edu/~salzmanr/480a/480ants/activity/activity.html

Voir Arnaud pp. 360-362.

ACTIVIT DE LEAU

Water activity

Dsigne lHUMIDIT RELATIVE de lenvironnement dun MATRIAU HYGROSCOPIQUE lorsque les changes de VAPEUR deau entre le matriau et son environnement ont atteint lQUILIBRE. Lactivit de leau est note aw. Tout comme la notion plus gnrale dhumidit relative, lactivit de leau est un rapport sans DIMENSION. Si lhumidit relative est presque toujours exprime en pourcentage (de 0 100 %), lactivit de leau est donne par un nombre compris entre 0 et 1.

La notion dactivit de leau est surtout utilise dans les domaines de lagro-alimentaire, de la pharmacie et de lindustrie chimique. Les biologistes sont galement amens lutiliser pour dcrire les conditions de dveloppement des micro-organismes.

ADSORPTION

Adsorption

Mcanisme de physisorption sur une surface poreuse (DR).

Phnomne de pigeage dune substance (en gnral un LIQUIDE ou un GAZ) dnomme ladsorbat la surface dune autre substance (en gnral solide), dnomme ladsorbant. Au voisinage dune surface, une MOLCULE va tre soumise aux FORCES DE VAN DER WAALS. Si son nergie cintique est insuffisante, elle va tre capture par la surface. Cest ladsorption. Le phnomne inverse porte le nom de dsorption. On distingue :

la physisorption, phnomne dadsorption rversible faisant appel aux seules FORCES DE VAN DER WAALS et aux LIAISONS HYDROGNE ;

la chimisorption, phnomne dadsorption irrversible au cours duquel une vritable liaison chimique stablit entre ladsorbant et ladsorbat.

ADHSION

Adhesion

Phnomne dattraction entre MOLCULES de substances diffrentes. Lorsque les molcules appartiennent la mme substance, on parle de COHSION.

Dans le cas dun LIQUIDE et dun SOLIDE, si les forces dadhsion lemportent sur celles de cohsion, le liquide a tendance staler sur la surface du solide. On dit que le liquide mouille le substrat ( MOUILLABILIT). Si les forces de cohsion lemportent sur les forces dadhsion, le liquide a tendance former des gouttes. On dit que le liquide perle sur le substrat. En ce cas, si le liquide est de leau, on dit que le substrat est HYDROPHOBE. Si leau ne perle pas, si elle mouille le support, celui-ci est dit HYDROPHILE.

LEXIQUE


AROSOL

Aerosol

DISPERSION gazeuse (SOL gazeux). Par extension, nom attribu aux petites particules solides ou liquides en suspension dans un GAZ. Lexpression arosol atmosphrique dsigne latmosphre en tant que mlange de gaz (phase continue) ml de particules (phase disperse). Mise au pluriel ( arosols atmosphriques ), lexpression renvoie aux seules particules prsentes dans lATMOSPHRE. Le contexte vite en gnral toute confusion dans lacception du terme.

Bien que les arosols soient, la plupart du temps, invisibles lil nu et reprsentent une trs faible MASSE par rapport au VOLUME dair qui les abrite (la concentration massique est en moyenne de 3 g/m3 dans les rgions polaires 100 g/m3 dans les dserts), ils jouent un rle physique, chimique et biologique considrable. Ils sont lorigine de la formation des nuages et des prcipitations en tant que noyaux de condensation. Ils interviennent dans le bilan radiatif de latmosphre. Ils influencent les changes ocan atmosphre et contribuent aux modifications de la couche dozone. Ils affectent largement la transparence visuelle de latmosphre et sont le support de la radioactivit aroporte ainsi que des vecteurs de contaminations chimiques et microbiologiques.

Prs de la surface terrestre, la concentration darosols (en nombre de particules par unit de volume) est en moyenne de mille par centimtre cube au dessus des ocans, de dix mille au dessus des zones rurales et de cent mille (voire au del) dans les zones pollues (centres industriels, villes, etc.).

En zone urbaine, la taille observe des arosols est comprise approximativement entre 0,01 m et quelques m. Les particules dune taille infrieure 0,1 m ont une masse trop faible pour sdimenter. LNERGIE CINTIQUE reue par leffet des chocs des MOLCULES de GAZ est en effet suffisante pour les maintenir en suspension dans lair. Ce phnomne est rapprocher de la formation dun COLLODE, dispersion de particules SOLIDES dans un LIQUIDE.

Le tableau suivant liste quelques types darosols en fonction de leur nature :

Nature Arosols

Inorganique Particules solides provenant des terres merges : argile, sable, poussires volcaniques, etc.

Particules solides et liquides provenant des ocans : cristaux de sels, gouttelettes deau.

Pollution dorigine anthropique : rsidus de combustion, poussires industrielles.

Organique Graines, pollens, spores et fragments vgtaux. Micro-algues et moisissures. Virus et bactries.

AIR

Air

Nom donn un mlange de GAZ constitu principalement dazote (78 %), doxygne (21 %) et dargon (1 %). ces trois constituants sajoutent de nombreux autres gaz prsents ltat de traces : gaz carbonique, mthane, non, krypton, xnon, etc.

LEXIQUE


Composant % en volume

Azote 78,084 Oxygne 20,9476 Argon 0,934 Dioxyde de carbone 0,0314 Non 0,00182 Hlium 0,00052 Mthane 0,00015 Dioxyde de soufre, hydrogne, krypton, xnon

Sa composition chimique tant pratiquement invariable, lair est souvent considr comme un gaz homogne de MASSE MOLAIRE moyenne gale 29 g/mol. Par opposition lexpression AIR HUMIDE , on utilise frquemment lappellation air sec pour dnommer lair atmosphrique priv de VAPEUR deau.

AIR HUMIDE

Humid air, moist

air

Mlange en proportion variable dAIR sec et de VAPEUR deau. Selon les rgions du monde et les saisons, la proportion de vapeur deau dans lATMOSPHRE varie de 0,5 % (climat dsertique) 5 % (climat tropical humide). La CHALEUR LATENTE associe la vapeur deau va considrablement influencer les proprits thermodynamiques du mlange. Ces proprits telles que la MASSE VOLUMIQUE, le RAPPORT DE MLANGE, lENTHALPIE sont calculables mais il est plus simple dutiliser un DIAGRAMME PSYCHROMTRIQUE pour les dterminer.

ATMOSPHRE

Atmosphere

Enveloppe gazeuse entourant certaines plantes dont la Terre. Compose essentiellement dAIR et de VAPEUR deau auxquels de mlent de nombreux AROSOLS, latmosphre est le sige de nombreux phnomnes physico-chimiques qui influencent considrablement le climat. Baptiss MTORES, ces phnomnes ont une origine naturelle et ont pour moteur lNERGIE solaire reue par notre plante. Cependant, linfluence des activits humaines devient de plus en plus perceptible. Les trois principales sources de perturbations anthropogniques sont la gnration de polluants gazeux, de chaleur et de poussires. Les premires consquences sont dores et dj mesurables et se manifestent sous la forme notamment dun rchauffement de latmosphre.

En interaction forte et permanente avec les ocans, les terres merges et le RAYONNEMENT du Soleil, latmosphre joue un rle trs complexe de filtre entre la Terre et lespace.

LEXIQUE


changes radiatifs travers latmosphre (DR).

De nombreux calculs se rfrent latmosphre standard. Cette expression dsigne un tat de rfrence de latmosphre rapport au niveau de la mer et correspondant aux valeurs suivantes :

TEMPRATURE : 15 C. PRESSION : 101 325 Pa. MASSE VOLUMIQUE : 1,225 kg/m3.

La figure prcdente reprsente une coupe verticale de latmosphre. La courbe rouge indique lvolution de la temprature de latmosphre en fonction de laltitude indique par lchelle latrale. Lessentiel des phnomnes mtorologiques qui nous intressent se produisent dans la premire couche nomme troposphre qui se dveloppe entre la surface terrestre et laltitude approximative de 10 km.

ATOME

Atom

Plus petite quantit de MATIRE constitutive dun corps simple. Lordre de grandeur du rayon dun atome est de 1010 m (soit un ngstrm). lectriquement neutre, un atome est constitu dun noyau form de protons (porteurs dune charge lectrique) et de neutrons

LEXIQUE


(neutres comme leur nom lindique), entour dun nuage dlectrons. Le noyau est environ 10 000 fois plus petit que latome ! Lhydrogne est le seul LMENT connu dont le noyau ne comporte aucun neutron. Protons et neutrons sont collectivement dsigns par lexpression nuclons. Il y a toujours autant dlectrons (charges ngatives) que de protons (charges positives). Les protons et les neutrons sont eux-mmes forms de particules plus lmentaires encore, les quarks. La cohsion de ce nanomonde est assure par lune des quatre FORCES FONDAMENTALES de lUnivers, linteraction forte.

Le nombre de protons (et donc dlectrons) dun atome est appel numro (ou nombre) atomique et est not Z. Le nombre de neutrons est not N. Une convention dcriture permet de dsigner nimporte quel nuclide (ensemble des atomes ayant le mme nombre de protons et le mme nombre de neutrons) sous la forme : X,NZ Z

+ o X est le symbole

de llment. Exemple : lor est not Au.19779 On dsigne par A la somme Z + N. A est dnomm nombre de masse.

On appelle isotope dun lment, un nuclide possdant le mme nombre de protons que llment de rfrence mais un nombre diffrent de neutrons. Ainsi, C146 (on prononce carbone 14 ) dsigne

un important isotope du carbone C126 utilis dans une mthode de datation des objets archologiques.

Un peu plus de 90 corps simples ont t dcouverts. Ils sont nomms lments. Il est frappant de raliser que lUnivers, dans sa totalit, nest compos que de moins dune centaine de substances lmentaires. Ces lments sont rpertoris dans un tableau connu sous le nom de tableau priodique des lments, ou table de Mendeleev, du nom du gnial chimiste russe, Dmitri Ivanovitch MENDELEEV, qui la tablie. Une trentaine dautres corps ont t crs artificiellement mais les noyaux de ces corps sont instables et se dsintgrent rapidement sous leffet dun phnomne nomm RADIOACTIVIT. On les appelle transuraniens car leur nombre atomique est suprieur celui de luranium (Z = 92).

Une caractristique importante de chaque lment est sa masse atomique relative dont lunit scrit avec le symbole u . On pose par ailleurs la conversion u = 1,66054 1027 kg. En 1960, les physiciens saccordrent pour attribuer la valeur 12 u exactement la masse atomique relative de lisotope 12 du carbone (12C). Mais les lments naturels ne sont pas tous constitus dun mme isotope. Ainsi loxygne naturel est un mlange de 16O, 17O et 18O. Pour dterminer la masse atomique relative dun lment naturel, on calcule une moyenne pondre des masses atomiques de chaque isotope de llment, au prorata de leur abondance relative. Prenons lexemple du chlore. On lui connat pas moins de 19 isotopes. Seuls deux dentre eux sont stables et ce sont eux qui constituent ensemble ce quil est convenu dappeler le chlore naturel : 35Cl et 37Cl. Le premier a une masse de 35,969 u et une abondance relative de 75,77 %. La masse atomique relative du second est de 36,966 u et son abondance relative de 24,23 %. Un calcul lmentaire permet dobtenir une masse atomique relative de 35,453 u pour le chlore naturel. La mole ayant t

LEXIQUE


dfinie en 1969 comme la QUANTIT DE MATIRE dun systme contenant autant dentits lmentaires quil y a datomes dans 12 g de carbone 12, il sensuit que le nombre reprsentant la masse atomique relative dune substance exprime galement sa MASSE MOLAIRE ! Avec lexemple prcdent, il vient :

Masse atomique relative du chlore.......... 35,453 u. Masse molaire du chlore...........................MCl = 35,453 g/mol.

Il est ais de vrifier que la masse atomique relative du carbone naturel telle quelle apparat dans la table de Mendeleev nest pas exactement 12. La valeur donne est 12,011 u. En effet, le carbone naturel contient des isotopes autres que 12C.

AZIMUT

Azimuth

Angle form par le plan vertical passant par un astre et le plan mridien du lieu dobservation. Langle est compt soit par rapport au sud (lazimut du sud vaut 0, il est ngatif vers lest, positif vers louest), soit par rapport au nord (lazimut vaut alors 90 lest, 180 au sud, etc.). Combin avec la HAUTEUR, lazimut permet de situer prcisment la position apparente dun astre sur la vote cleste. Lazimut dun astre, comme la hauteur, dpend du mois, du jour et de lheure, ainsi que des coordonnes gographiques (latitude et longitude) du point dobservation.

Hauteur

Plan d'observation

Astre observ

Verticale du lieud'observation

Azimut

Le graphe suivant illustre lutilisation de la notion dazimut et de hauteur pour la reprsentation de la trajectoire apparente du Soleil Paris lors du solstice dt. Les heures sont donnes en temps universel (do la mention TU). Dans lexemple que nous avons choisi, les coordonnes du Soleil sont figures pour 17 heures (TU). On note que lazimut de notre toile est alors de 277 et la hauteur de 26. Ceci prouve quune partie de lanne (entre les quinoxes de printemps et dautomne), le Soleil est en mesure, certains moments de la journe, dclairer une faade nord ! Placer des uvres fragiles dans des pices orientes au nord ne garantit donc pas que ces uvres ne seront pas touches par le rayonnement solaire Au demeurant, le risque est dautant plus significatif que le Soleil tant alors bas sur lhorizon, son rayonnement peut pntrer profondment dans les btiments au travers des baies vitres.

LEXIQUE


277

26

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Azimut ()

Hau

teu

r (

)

Trajectoire du Soleil

Position au temps T

Lever

Coucher

In Extenso...

Trajectoire apparente du Soleil Paris

Date : 21/6/2006 T : 17 h 0 mn TU Latitude : 48 51' N Longitude : 2 20' E

AstroIE

Coucher : 19 h 56 mn TU

Lever : 3 h 48 mn TU

Dure du jour : 16 h 8 mn

SE WN N

BB BASE

Base

Se dit dun corps chimique, ION ou MOLCULE, susceptible de recevoir un ion H+ (cest--dire un proton) ou de librer un ion OH (ion hydroxyle). Une base possde donc ncessairement un doublet libre dlectrons sur lequel lion hydrogne peut se lier.

La mesure de la basicit (ou alcalinit) dune SOLUTION est donne par le POTENTIEL HYDROGNE. Un pH suprieur 7 confirme la basicit dune solution.

BROUILLARD

Fog

AROSOL de gouttelettes deau dans une masse dAIR HUMIDE sature en contact avec le sol naturel. Un tel arosol est appel NUAGE sil est dtach de la surface du sol. La formation de brouillard peut rsulter de diffrents phnomnes : mlange dair chaud et humide avec de lair trs froid, CONDENSATION de la VAPEUR deau au sein dune masse dair humide au contact dun sol froid, etc.

CC CAPILLARIT

Capillarity

Phnomne dascension dun LIQUIDE dans un tube trs fin (capillaire). Il est d lexistence dune TENSION SUPERFICIELLE du liquide en contact avec la paroi du tube capillaire. La hauteur h atteinte par un liquide dans un tube capillaire est proportionnelle la tension de surface de ce liquide et inversement proportionnelle au rayon du tube. Ce beau rsultat a t tabli au XVIIIe sicle par un mdecin britannique, James JURIN qui a laiss son nom la loi quil a tablie (loi de Jurin). La force F qui rsulte de la tension de surface quilibre le poids de la colonne deau h. Avec de leau et un tube de 2 mm de diamtre, h est gal 29 mm.

LEXIQUE


Le mnisque (courbure de la surface) form au contact du liquide et de la paroi du tube et de celle du rcipient, dpend la fois de la tension de surface du liquide et de ladhsion du liquide la surface du substrat. Langle form par le liquide et la paroi dpend de la capacit du liquide mouiller son rcipient ( MOUILLABILIT). Lorsque la tension de surface lemporte sur les forces dadhsion la paroi, le mnisque est convexe (cas le plus courant pour les liquides). Dans le cas inverse, le mnisque est concave (cas notamment du mercure).

La capillarit joue un rle considrable dans lhumidification des sols partir dune nappe phratique. Lascension de cette humidit peut se poursuivre dans les murs dune construction en entranant des sels dissous. La cristallisation ultrieure de ces sels peut provoquer dimportants dsordres dans les matriaux poreux.

CATALYSEUR

Catalyst

Substance favorisant une RACTION CHIMIQUE sans subir elle-mme de transformation permanente. Le catalyseur napparat donc pas dans lquation de la raction, ni du ct des ractifs, ni du ct des produits. Son rle est principalement de rduire lnergie dactivation ncessaire la raction. La raction peut donc dmarrer plus basse temprature et se drouler plus rapidement.

Un catalyseur est dit homogne lorsquil se trouve dans un TAT identique celui des ractifs (solide, liquide ou gaz), se combine avec eux dans un premier temps de la raction puis est rgnr dans un second temps de telle sorte quil napparaisse pas dans le bilan de la raction.

Un catalyseur est dit htrogne quand il est dans un tat diffrent des ractifs auxquels il sert de support. La plupart des catalyseurs htrognes sont des solides la surface desquels les ractifs se fixent par adsorption (exemple du pot catalytique des automobiles permettant de transformer les polluants prsents dans les gaz dchappement). Dots dune grande surface spcifique, ces catalyseurs affaiblissent les liaisons chimiques des ractifs et favorisent la formation des produits.

La destruction de certaines molcules organiques (comme la cellulose) est favorise par certaines protines spcialises nommes enzymes. Ainsi, une hydrolyse enzymatique de la cellulose permet de produire de lthanol. Lenzyme concerne apparat ainsi comme un vritable catalyseur.

CHALEUR

J

Heat

Une des apparences de lNERGIE. Lchange de chaleur entre un corps et son environnement provoque soit une lvation (ou diminution) de TEMPRATURE, soit un CHANGEMENT DTAT. Dans le premier cas on parle de CHALEUR SENSIBLE et dans le second de CHALEUR LATENTE. La chaleur dun corps, souvent appele nergie thermique, nest rien dautre que la forme macroscopique de lNERGIE CINTIQUE des MOLCULES qui le constituent.

h

Mnisque

LEXIQUE


CHALEUR LATENTE

J

Latent heat

Quantit de CHALEUR change entre un milieu et un corps pur lors dun CHANGEMENT DTAT. Elle ne provoque alors aucune lvation de TEMPRATURE, lNERGIE en jeu tant intgralement absorbe sous forme dNERGIE CINTIQUE des MOLCULES constituant la substance. Soppose CHALEUR SENSIBLE.

Cette quantit de chaleur est variable en fonction de la nature de la substance, de sa MASSE et des conditions de PRESSION et de TEMPRATURE sous lesquelles se produit le changement dtat.

Prenons un exemple. Port pralablement 100 C, sous pression atmosphrique normale, un kilogramme deau doit absorber 2 257 kJ pour tre totalement vaporis. Pendant ce temps, la temprature demeurera constante. Inversement, la liqufaction dun kilogramme de vapeur restituera intgralement les 2 257 kJ absorbs lors de la phase de VAPORISATION. Par comparaison, on notera quil naura fallu que 419 kJ pour porter un kilogramme deau de 0 C 100 C, soit 5,4 fois moins !

CHALEUR MASSIQUE

J/(kg C)

Specific heat

Quantit de CHALEUR qui doit tre fournie un kilogramme dune substance pour lever sa TEMPRATURE dun degr Celsius. On la nomme galement capacit thermique ou encore capacit calorifique.

Voici quelques valeurs indicatives de chaleurs massiques :

Or .......................................130 J/(kg C) Argent ...................................235 J/(kg C) Cuivre....................................390 J/(kg C) Acier ......................................500 J/(kg C) Granit ....................................800 J/(kg C) Brique....................................840 J/(kg C) Aluminium............................900 J/(kg C) Air ..........................................1 000 J/(kg C) Bois........................................1 700 J/(kg C) Eau.........................................4 200 J/(kg C)

CHALEUR SENSIBLE

J

Sensible heat

Quantit de CHALEUR reue ou restitue par un corps, se traduisant respectivement par une lvation ou une diminution de sa TEMPRATURE. Soppose CHALEUR LATENTE.

CHAMP

Field

Domaine matriel ou immatriel o se manifeste, en tout point, une proprit physique particulire caractrise par une GRANDEUR scalaire (PRESSION, TEMPRATURE, etc.) ou vectorielle (PESANTEUR, vitesse, etc.). Mathmatiquement parlant, un champ est reprsent par une fonction dcrivant la grandeur physique concerne en tout point de lespace. Pour les champs scalaires, la grandeur est reprsente en tout point par un scalaire, cest--dire un nombre unique. Pour les champs vectoriels, la grandeur est reprsente par un vecteur, cest--dire lassociation dun nombre et dune direction. Tout SYSTME physique peut donc tre reprsent par un plusieurs champs superposs

LEXIQUE


Reprsentation dun champ

vectoriel 2D

reprsentant ses grandeurs caractristiques.

Deux familles de champs vectoriels ont une importance particulire : il sagit des champs lectriques et magntiques dont linteraction est lorigine de tout RAYONNEMENT LECTROMAGNTIQUE. Ces champs sont totalement dcrits par un jeu dquations propos en 1873 par le brillantissime physicien cossais James MAXWELL (1831-1879). Soit dit en passant, cest ce mme MAXWELL qui a dfini la LUMIRE comme une onde lectromagntique.

CHANGEMENT D'TAT

Change in phase (or

state)

Petit glaon dans un grand verre deau (DR).

Passage d'un TAT de la MATIRE un autre. On dit aussi transition de phase. Tous les corps chimiquement purs peuvent exister sous trois tats fondamentaux : la PHASE solide, la phase liquide, la phase gazeuse, compte non tenu de ltat de plasma. Dans certaines conditions de PRESSION et de TEMPRATURE, deux, voire trois tats, peuvent coexister. Ces diffrentes phases correspondent des niveaux d'organisation distincts de la matire. La phase solide correspond l'tat le plus organis tandis que la phase gazeuse correspond l'tat le plus chaotique. Au fur et mesure que de l'NERGIE est fournie une substance, son agitation molculaire s'accrot. partir d'un certain seuil, l'NERGIE CINTIQUE des MOLCULES est suffisante pour rompre l'quilibre des FORCES de COHSION du solide. Le SOLIDE va donc progressivement changer d'tat et devenir liquide. Pour une pression donne, tant que le solide n'aura pas totalement fondu, les deux phases vont coexister et la temprature du systme demeurera constante, si la substance est pure. L'exemple emblmatique de cette situation est le glaon dans un verre d'eau. Si l'apport de chaleur se poursuit, le LIQUIDE va monter en temprature. partir d'un certain seuil, un nouveau changement d'tat va se produire. Le liquide va devenir un GAZ. Ces phnomnes endothermiques (c'est--dire qui absorbent de la chaleur) sont l'origine de la sensation de fracheur qui accompagne l'vaporation de l'eau sur la peau. La rgulation thermique sudorale est fonde sur cette proprit des changements d'tat.

LIQUIDE

Liqufaction

Con

dens

atio

nSu

blim

atio

n

SOLIDESolidification

Fusion

Vaporisation

GAZ

Les termes indiqus dans lillustration sont les appellations physiquement correctes . Lusage courant (et admis) remplace frquemment lexpression liqufaction par condensation liquide , voire condensation tout court. Nous nous conformerons cet usage quand il ny aura pas de risque de confusion.

Pour provoquer le passage de la phase solide la phase liquide, puis de la phase liquide la phase gazeuse, il a fallu fournir de l'nergie stocke

LEXIQUE


sous forme dnergie cintique des molcules de la substance (CHALEUR LATENTE). Le changement d'tat inverse est un processus cette fois-ci exothermique qui restitue intgralement la chaleur latente absorbe. Ce mcanisme fondamental des changements d'tat est mis profit dans de nombreuses installations techniques pour le transfert ou le stockage nergtique.

Le passage du solide au gaz ne se fait pas obligatoirement par la phase liquide. Sous certaines conditions de pression et de temprature, un solide peut se sublimer directement en gaz tandis qu'un gaz, l'inverse, peut se condenser directement en solide.

Appel diagramme de phases, la figure prcdente illustre les conditions de temprature et de pression ncessaire lexistence dun tat pour un corps pur.

Sur ce graphe, les lignes continues reprsentent les conditions dQUILIBRE entre deux phases. Ainsi, la courbe dquilibre entre la phase gazeuse et la phase liquide nest rien dautre que la reprsentation de la PRESSION DE VAPEUR SATURANTE en fonction de la temprature.

Deux points singuliers sont reprsents sur le graphe prcdent : le point triple et le point critique.

Au point triple, les trois tats fondamentaux peuvent coexister lquilibre. Pour une substance pure donne, il ne peut exister quun seul point triple dont les coordonnes en temprature et pression sont toujours parfaitement dfinies. Cest la raison pour laquelle les points triples (comme celui de leau) sont utiliss comme talons de temprature.

Le point critique constitue une limite suprieure pour la courbe dquilibre entre la phase liquide et la phase vapeur. Au-del de ce point, on pntre dans le domaine hypercritique o il nexiste plus de transition franche entre liquide et gaz, phases quil nest alors plus possible de distinguer.

Temprature

Pression

Gaz

Liquide

SSoolliiddee

Domaine hypercritique

Point critique

Point triple

Vaporisation Liqufaction

Fusion

Solidification

Sublimation

Condensation

LEXIQUE


Cellule point triple de leau. La cellule est ralise en verre

borosilicat. On ajoute un liquide de contact conducteur pour

faciliter lquilibre thermique du thermomtre test plac dans le puits central. Lincertitude de mesure est de lordre de 0,001 C. (Doc. Metrix)

Le tableau suivant donne les points triples et les points critiques de quelques corps purs.

Point triple Point critique Substance t (C) pt (Pa) c (C) pc (Pa)

H2 259,3 7,2 103 240 1,3 106 CO2 56,6 0,52 106 31 7,4 106 Hg 38,83 2 104 H2O 0,01 612 374 22,1 106 [Source : D. Lide. Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, New York 78th ed., 1997]

Le graphe ci-aprs indique les quantits dnergie mise en jeu lors des principaux changements dtat de leau la pression atmosphrique normale.

0 C

100 C

2 260 kJ/kg

419 kJ/kg 335 kJ/kg

Fusion de la glace Chauffage de leau

vaporation de leau

Apport dnergie

Temprature

Pression atmosphrique : 101 325 Pa

CHIMIE

Chemistry

tude des LMENTS constitutifs de la MATIRE, de leur association et de leur transformation au cours de processus complexes dnomms RACTIONS. linstar de la PHYSIQUE dont elle constitue une branche, la chimie comporte de nombreuses sous-disciplines dont les principales sont la biochimie (chimie du vivant), la chimie physique (dite aussi chimie gnrale, consacre ltude de la structure de la matire et des conditions fondamentales rgissant les ractions chimiques), la chimie organique (chimie des composs du carbone), la chimie minrale (chimie des composs de tous les autres lments), la thermodynamique chimique (tude des changes nergtiques propres aux ractions chimiques).

Il importe de rappeler que la chimie repose sur une seule des quatre FORCES FONDAMENTALES connues dans lUnivers, linteraction lectromagntique.

CLIMAT

Climate

Valeur moyenne sur une priode suffisamment longue des paramtres physiques qui caractrisent ltat de lATMOSPHRE en un lieu donn. Les principaux paramtres caractrisant le climat dun lieu sont les suivants :

TEMPRATURE et HUMIDIT de lair ;

LEXIQUE


ensoleillement ; prcipitation ; nbulosit ; vitesse et direction du vent ; PRESSION ATMOSPHRIQUE.

Le schma suivant (daprs A. Hufty) illustre la complexit des facteurs affectant la formation du climat dun lieu.

CLIMATOLOGIE

Climatology

tude des changes nergtiques et hydriques entre la surface de la Terre et latmosphre. Cette tude inclut lanalyse de la frquence et de la succession des vnements mtorologiques constitutifs des diffrents CLIMATS. Elle revt donc un aspect statistique et dynamique. Elle peut stendre aux consquences des vnements climatiques sur la biosphre.

COHSION

Cohesion

FORCE qui unit entre elles les MOLCULES dun corps solide ou liquide. Cette force a pour origine linteraction des charges lectriques des molcules et lQUILIBRE des forces attractives et rpulsives (FORCES DE VAN DER WAALS) qui en dcoule. Ce sont les forces de cohsion qui donnent aux LIQUIDES leur unit de phase.

COLLODE

Colloids

DISPERSION de particules solides (phase disperse) dans un LIQUIDE (phase continue). Le terme est parfois utilis dans un sens beaucoup plus large incluant toutes les formes de dispersion. Nous nous limitons ici au sens strict. Ces particules sont des agrgats de MOLCULES, voire des macromolcules isoles. Soumises la pesanteur, ces particules solides ont, a priori, tendance sdimenter dans le liquide o elles sont disperses. Mais, par ailleurs, sous leffet du MOUVEMENT BROWNIEN, ces particules sont animes dune vitesse de dplacement non nulle. Lorsque la composante verticale de cette vitesse est au

Circulation atmosphrique

gnrale

Circulation atmosphrique

rgionale

Gographie plantaire

Facteurs astronomiques

Facteurs mtorologiques

Facteurs gographiques rgionaux

lments du climat

LEXIQUE


moins gale la vitesse de sdimentation, les particules demeurent en suspension. On appelle limite collodale le rayon des particules correspondant lquilibre des vitesses indiques plus haut. Dans leau, cette limite est de lordre de 1 m.

Dans la plupart des cas, les collodes ont une charge lectrique de surface. La rpulsion lectrostatique qui sexerce entre particules de charge identique, empche alors la floculation. La floculation est un phnomne physico-chimique au cours duquel les matires en suspension s'agrgent en flocons. La solution perd alors sa stabilit et les particules initialement en suspension sdimentent.

+

+ +

+ +

+

+ +

+ + +

+

+

+ +

+ + + +

+

+

+

+

+ +

+ +

+

Eau

Deux particules charges en interaction lectrostatique dans de leau.

Pour viter cette floculation, lorsquelle est indsirable, les chimistes ont mis au point des techniques spcifiques consistant notamment permettre ladsorption de molcules tensioactives la surface des particules en solution. Un bon exemple est offert par lencre de Chine constitue de particules de noir de carbone disperses dans de leau et stabilises par un POLYMRE hydrosoluble, la gomme-laque.

COMPOS ORGANIQUE

Organic compound

Substance contenant au moins un atome de carbone. De fait, quelques composs simples du carbone ne sont pas considrs comme des composs organiques : cest le cas notamment des oxydes du carbone (CO et CO2), des carbonates (comme le carbonate de calcium CaCO3) ou des carbures (tel que le carbure de calcium CaCO2). En revanche, les hydrocarbures (molcules ne contenant que les seuls lments C et H, comme CH4, le mthane, le plus simple des composs organiques) sont considrs comme des substances organiques. La branche de la chimie qui tudie les composs organiques est nomme chimie organique. Jadis, cette expression dsignait ltude des molcules des organismes vivants (vgtaux ou animaux), do le nom donn la discipline. On lopposait alors la chimie minrale qui traitait toutes les autres substances inertes.

Dans la protection des collections patrimoniales, il faudra souvent lutter contre des composs organiques volatils souvent dsigns par lacronyme COV. Il sagit de composs organiques naturellement gazeux aux pressions et tempratures ordinaires. Bien quil sagisse dune molcule organique (cf. supra), le mthane nest pas considr comme un COV.

LEXIQUE


CONDENSATION

Condensation

Deposition

Au sens strict, passage dune substance de lTAT de GAZ ltat solide ( CHANGEMENT DTAT). On utilise galement ce terme pour le passage de ltat gazeux ltat liquide. Pour viter toute confusion, il peut tre parfois utile de parler de condensation solide ou de condensation liquide. Dans tous les cas, la condensation est un processus exothermique qui restitue la CHALEUR LATENTE emmagasine par la substance quand elle est passe ltat gazeux, soit directement partir de ltat solide (SUBLIMATION), soit partir de la phase liquide (VAPORISATION ou VAPORATION).

Si lon tente dajouter de la VAPEUR deau une MASSE dAIR HUMIDE sature, lexcs de vapeur deau se condensera sous forme de gouttelettes deau, soit sur les surfaces en contact avec la masse dair humide, si elles sont plus froides, soit dans la masse dair elle-mme avec laquelle elle formera un BROUILLARD.

Une condensation se produira galement si lon tente de refroidir une certaine masse dair humide en de de sa TEMPRATURE DE ROSE.

CONDITIONS AUX LIMITES

Boundary conditions

Sollicitations supportes par un SYSTME sa FRONTIRE. En gnral, ces conditions sont des TEMPRATURES ou des FLUX dnergie ou de matire. Elles peuvent tre constantes ou variables. Ce sont elles qui dterminent le RGIME auquel est soumis le systme.

Supposons que notre systme tudi soit une vitrine place dans une salle dexposition. Pour faciliter ltude, nous choisirons les faces extrieures de la vitrine comme tant la frontire du systme. Dfinir les conditions aux limites consistera 1) tablir la liste de tous les flux matriels (AIR, HUMIDIT, AROSOLS, etc.) et immatriels (RAYONNEMENTS, vibrations, etc.) qui traversent la frontire dans un sens ou un autre, 2) connatre lintensit de ses flux et leurs ventuelles fluctuations. Si ces flux sont constants, le rgime sera dit STATIQUE ou encore PERMANENT. Ltude en sera facile. Si les flux sont variables dans le temps, le rgime sera dit DYNAMIQUE. Ltude en sera beaucoup plus complexe.

CONDITIONS NORMALES

Standard

temperature and

pressure

Expression dfinissant la situation dun SYSTME soumis simultanment une temprature normale gale 0 C et une pression normale gale 101 325 Pa. Les expressions temprature normale et pression normale peuvent tre utilises seules lorsque la contrainte complmentaire ne sapplique pas.

En anglais, lexpression standard temperature and pressure est souvent note s.t.p. . Elle remplace lancienne notation n.t.p. (normal temperature and pressure).

CONDUCTION

Conduction

Phnomne de transfert de CHALEUR l'intrieur d'un milieu matriel, li la propagation plus ou moins rapide de l'agitation molculaire de la zone la plus chaude du corps vers la zone la plus froide. Ce phnomne tend uniformiser la TEMPRATURE du milieu matriel considr. La vitesse du transfert conductif est lie une caractristique physique du MATRIAU, sa conductivit thermique exprime en W/(m C). Celle-ci, en toute rigueur, dpend de la

LEXIQUE


Jean-Baptiste Joseph Fourier

(DR).

temprature. Dans le domaine des transferts thermiques affectant les btiments, la plage des tempratures en jeu est suffisamment restreinte pour qu'il soit possible de considrer la conductivit thermique comme constante. C'est le physicien et mathmaticien franais Jean-Baptiste Joseph FOURIER qui, le premier, en 1822, a propos une loi phnomnologique tablissant que le FLUX de chaleur traversant un matriau tait proportionnel au GRADIENT de temprature existant dans le matriau et sa conductivit thermique. La fameuse loi de Fourier s'crit (en mono-dimensionnel) :

,ddx

Tq =

o q est la densit de flux de chaleur en W/m2, est la conductivit thermique du matriau et dT/dx est le gradient local de temprature. En RGIME PERMANENT, le gradient de temprature est gal lcart de temprature entre les deux faces dun SOLIDE divis par lpaisseur du solide. Dans la relation prcdente, le signe moins indique que le sens du flux de chaleur est compt positivement lorsque la temprature dcrot.

CONTENU EN EAU

Water (or moisture)

content

Rapport de la MASSE deau retenue par ABSORPTION ou par ADSORPTION dans un MATRIAU HYGROSCOPIQUE, sur la masse sche du matriau. Ce contenu en eau dpend des conditions hygromtriques rgnant dans lenvironnement du matriau. Ces conditions sont caractrises par lindication de lHUMIDIT RELATIVE et de la TEMPRATURE de lenvironnement.

la place de contenu en eau , certains auteurs parlent de teneur en humidit. Les deux expressions peuvent tre considres comme synonymes.

Dans certains secteurs industriels, on utilise la notion dACTIVIT DE LEAU pour dfinir lhumidit relative dQUILIBRE dun matriau hygroscopique.

La relation entre le contenu en eau dun matriau hygroscopique et lactivit de leau (ou humidit dquilibre de lenvironnement) est reprsente par une courbe tablie exprimentalement appele isotherme de sorption. Comme son nom lindique, lisotherme de sorption est valable pour une temprature donne. En rgle gnrale, quand la temprature augmente, toutes choses gales par ailleurs, le contenu en eau dun matriau hygroscopique diminue. Et vice versa. De mme, temprature constante, lorsque lhumidit relative de lenvironnement augmente, le contenu en eau du matriau augmente. La rciproque est vraie mme si la courbe caractristique de dsorption peut scarter sensiblement de la courbe de sorption comme le montre lexemple ci-contre. Ce phnomne dHYSTRSIS sexplique par la cintique des transferts deau dans la matrice solide.

CONVECTION

Convection

Phnomne de transfert de CHALEUR et de MASSE dans un FLUIDE. Ce phnomne complexe rsulte de l'action simultane de deux

Exemple disothermes de sorption pour diffrents

matriaux (DR).

LEXIQUE


mcanismes principaux : la CONDUCTION dans le fluide qui rpond la loi de Fourier, et un transport de chaleur par la mise en mouvement du fluide appel convection. Imaginons un petit VOLUME de fluide une TEMPRATURE donne mis au contact d'une surface dont la temprature est plus leve. Par conduction, ce volume idal s'chauffe. Sa densit va donc diminuer. Le fluide plus froid qui l'environne exercera par consquent sur lui une pousse vers le haut (principe d'Archimde). Le volume fluide va se dplacer et cder la place un volume identique temprature plus basse qui, son tour, s'chauffera. Et ainsi de suite. L'cart de temprature entre la surface chaude et le fluide induira de la sorte une mise en mouvement du fluide, caractristique du transfert convectif. Le mme raisonnement s'applique lorsque la surface est plus froide que le fluide. Le sens du transfert de chaleur est alors invers et le fluide subit un mouvement dirig vers le bas.

Lorsque le mouvement du fluide est d au seul effet de son chauffement localis, on parle de convection naturelle.

Doc. B. Urgelli.

Les phnomnes de brise de mer et de brise de terre qui se manifestent sur le littoral sont le rsultat des mcanismes de convection.

Si le fluide plac au voisinage de la surface solide est dj anim d'une certaine vitesse (effet du vent ou prsence d'un organe mcanique comme un ventilateur ou une pompe), on parle de convection force.

COULEUR

Color

Perception sensorielle de lil humain lie une certaine longueur donde du rayonnement reu. Si le SPECTRE visible stend de 380 nm 780 nm, la sensibilit spectrale de lil est maximale au voisinage de 550 nm. Pour rendre compte de la sensation visuelle humaine, des GRANDEURS et des UNITS de mesure spcifiques ont t cres : elles sont dites photomtriques ( Grandeurs et units photomtriques, p. 106) par opposition aux grandeurs purement nergtiques.

Quelle est la couleur de cet objet ? Dun strict point de vue physique, il faut bien admettre que cette question na aucun sens. En soi, un objet na pas de couleur. Soumis un RAYONNEMENT, il va partiellement le rflchir, le transmettre ou labsorber. Seule la fraction rflchie est susceptible dinfluencer notre perception visuelle. Tout dpend donc, en premier lieu, de la nature du rayonnement que reoit lobjet, et, plus particulirement, du spectre de ce rayonnement qui, la plupart du temps, nest pas monochromatique (compos dune seule

Brise de mer Brise de terre

LEXIQUE


longueur donde). La LUMIRE du Soleil se caractrise par un large spectre allant de lultraviolet linfrarouge, autrement dit, par un rayonnement compos de trs nombreuses longueurs donde. En frappant lobjet considr, la plupart seront absorbes. De fait, la couleur que nous attribuons lobjet nest que la perception rtinienne des seules longueurs donde que lobjet a rflchies ! Ainsi, un individu dont la vision est normale attribuera la couleur orange une orange si celle-ci est claire par une lumire semblable celle mise par le Soleil. Si le spectre du rayonnement reu par lobjet change, sa couleur changera. La couleur dun objet nest donc dfinie que pour un spectre donn du rayonnement incident.

Le blanc est la couleur attribue une surface capable de diffuser galement dans toutes les directions lintgralit du spectre radiatif quelle reoit. Inversement, le noir est la couleur attribue une surface absorbant intgralement toutes les longueurs donde.

La colorimtrie est la branche de la mtrologie qui vise mesurer les caractristiques physiques dune couleur.

DD DEGR HYGROMTRIQUE

Humidity percentage

Rapport entre le RAPPORT DE MLANGE observ dun certain volume dAIR HUMIDE et le rapport de mlange qui caractriserait cet air humide port SATURATION la mme TEMPRATURE et la mme PRESSION. Comme lHUMIDIT RELATIVE, le degr hygromtrique sexprime en pourcentage. Prsentant des valeurs proches, humidit relative et degr hygromtrique sont des notions souvent confondues. Il est parfois appel degr de saturation.

Soit un air humide pris laltitude de 0 mtre, la temprature de 20 C et prsentant une humidit relative de 50 %. Son degr hygromtrique est de 49,4 %, valeur peu diffrente, il faut bien ladmettre, de 50 %.

DIAGRAMME PSYCHROMTRIQUE

Psychrometric chart

Reprsentation graphique des relations THERMODYNAMIQUES entre toutes les proprits physiques de lAIR HUMIDE. Ces relations dpendent pour la plupart de la PRESSION totale du mlange AIR SEC et VAPEUR deau. Cest la raison pour laquelle on fait figurer sur chaque diagramme psychromtrique, la PRESSION ATMOSPHRIQUE (ou laltitude, ce qui revient au mme puisqu chaque altitude correspond une pression de rfrence) pour laquelle il a t trac. Le diagramme psychromtrique est parfois appel diagramme de lair humide ou abaque de Mollier, daprs Richard MOLLIER (1863-1935), professeur de physique l'universit de Goettingen, qui a cr ce type de graphe.

LEXIQUE


Lentre dans le graphe se fait avec deux GRANDEURS quelconques. Il suffit ensuite de lire toutes les autres grandeurs sur les chelles appropries. Le diagramme psychromtrique est loutil de travail de base pour toute personne qui doit apprhender les diffrents paramtres caractristiques de lair humide.

DILECTRIQUE

Dielectric

Se dit dun corps non conducteur dans lequel lapplication dun CHAMP lectrique provoque un dplacement relatif des lectrons vis--vis du noyau des ATOMES constituant le dilectrique. Lapplication de ce champ lectrique va donc induire une polarisation lectronique du dilectrique. Un MATRIAU dilectrique se caractrise par sa permittivit relative. Cest une GRANDEUR sans DIMENSION indiquant la dcroissance de lintensit du champ lectrique aprs lintroduction du dilectrique dans ce champ. Par dfinition, la permittivit relative du vide est gale 1. Par comparaison, celle de leau pure vaut 81. Pour la plupart des polymres, elle est comprise entre 2 et 5.

Des essais ont montr que les proprits dilectriques particulires de leau pouvaient tre mises profit pour dtruire des micro-organismes par effet thermique laide dun gnrateur de micro-ondes. De plus, lchauffement slectif par irradiation des molcules deau libre dans les matriaux permet lvaporation de leau imprgnant un objet sans que lon soit oblig de le chauffer, favorisant ainsi son asschement.

Ces mmes proprits dilectriques de leau sont la base de nouvelles techniques comme la rflectomtrie dans le domaine temporel (nomme TDR daprs langlais time domain reflectometry) pour la dtection des taux dhumidit dans les matriaux poreux.

DIFFUSION

Diffusion

Phnomne de transport dune substance dans une autre dont le moteur est le mouvement dsordonn (MOUVEMENT BROWNIEN) des MOLCULES. Ce phnomne se manifeste dans les SOLIDES, les LIQUIDES et les GAZ o existe initialement un GRADIENT de concentration. La diffusion sexerce une chelle soit molculaire, soit

LEXIQUE


particulaire (agrgat de molcules). Il est dautant plus important que le mouvement relatif des molcules composant les substances en prsence est grand. Par consquent, le mcanisme de diffusion est plus rapide dans un gaz que dans un solide : la vitesse de diffusion est de lordre de 2 103 m/s dans les gaz, 2 105 m/s dans les liquides et seulement de 2 109 m/s dans les solides.

Dans le cas de la diffusion dun gaz dans un autre gaz, la distance moyenne x parcourue par une molcule en un TEMPS t est donne par la relation :

,2 tDx =

dans laquelle D est appel coefficient de diffusion. Comme le montre lexpression prcdente, le coefficient de diffusion a la dimension dune surface par seconde. Les valeurs de D tant faibles, on utilise souvent le cm/s comme unit. Ce coefficient augmente lorsque la temprature augmente. Dans le cas des gaz, le coefficient de diffusion est proportionnel la vitesse moyenne des molcules constituant le gaz et leur LIBRE PARCOURS MOYEN.

Distance moyenne parcourue par une particule

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 30 60 90 120 150

Temps coul, h

Dis

tan

ce

X p

arco

uru

e, m

D = 0,1 cm/s

D = 0,2 cm/s

Le graphe prcdent montre le temps ncessaire une molcule de gaz pour parcourir une certaine distance partir de sa source dmission. Si cette molcule est du radon (D = 0,1 cm/s), il lui faudra 125 heures pour se retrouver 3 mtres de sa source. On le voit, le processus de diffusion est relativement lent, mme dans les gaz. Cependant, dans une ambiance trs calme, dans laquelle ne se manifeste aucun autre phnomne de DISPERSION, il suffit expliquer le mlange constat de gaz dont les MASSES MOLAIRES sont trs diffrentes. En effet, contrairement une croyance commune, les gaz ne se stratifient pas dans un local en fonction de leur masse molaire. Il nest pas rare que des ouvrages scientifiques participent la diffusion (!) de cette croyance inspire du comportement des liquides. On peut montrer que la diffusion correspond un processus irrversible accompagn dune augmentation de lENTROPIE. La stratification des composants dune masse gazeuse violerait donc le second principe de la THERMODYNAMIQUE Au terme dun dlai suffisamment long, le phnomne de diffusion gazeuse induit inexorablement un mlange parfait des substances gazeuses en prsence. Cependant, sil existe en

LEXIQUE


un point une source permanente dune substance diffusant dans un milieu, un gradient permanent sy tablira. Le gradient observ peut tre confondu, tort, avec une stratification lie au poids molculaire respectif de la substance diffusante et du milieu. Mais, comme nous lavons dit, une stratification de ce type est, par nature, impossible dans un milieu gazeux.

DILATATION

Dilatation

Phnomne daugmentation du VOLUME dun corps sous leffet dun apport dNERGIE. Imaginons le comportement dune seule MOLCULE composant une substance solide. Si on la chauffe, son nergie interne augmente et se traduit par un accroissement de lamplitude de ses vibrations dans lespace. Si cette molcule appartient un rseau molculaire, ses vibrations vont loigner les molcules voisines. Si ces dernires schauffent leur tour, elles vont elles aussi occuper une place un peu plus grande dans lespace. De proche en proche, le corps tout entier va augmenter de volume. Il se sera dilat.

lments d'un mtre soumis un cart de 10 C

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

Bois (longitudinal)

Marbre

Grs

Acier

Cuivre

Polyester

Bois (radial)

Polypropylne

Dilatation en mmIn Extenso...

Le graphe prcdent donne un ordre de grandeur de la dilatation en fonction dune lvation de TEMPRATURE de 10 C pour quelques matriaux.

Selon la structure des corps, cette dilatation sera isotropique (gale dans toutes les directions de lespace) ou anisotropique (une dimension est privilgie). Un bon exemple de dilatation anisotropique est celui du bois dont la dilatation radiale est nettement suprieure la dilatation longitudinale. ( SOLIDE).

DIMENSION

Dimension

Reprsentation symbolique dune GRANDEUR physique mesurable. Toute grandeur peut tre rattache aux sept UNITS fondamentales du SYSTME INTERNATIONAL DUNITS (SI). Exprimer la dimension dune grandeur physique permet dexpliciter sa relation avec les units fondamentales. Cette opration est appele analyse dimensionnelle ou analyse aux dimensions. Le tableau suivant donne les quatre plus courantes :

LEXIQUE


Grandeurs Dimensions Units SI

Longueur L mtre (m) Masse M kilogramme (kg) Temps T seconde (s) Temprature absolue kelvin (K)

Prenons un premier exemple trs simple : le VOLUME est le produit de trois LONGUEURS. Dans le formalisme de lanalyse dimensionnelle, on crira quun volume a pour dimension L3. La traduction de cette dimension dans le systme SI est directe : il suffit de remplacer le symbole de la dimension L par celui de lunit m . Un volume sexprimera donc en m3. Autre exemple : la vitesse est le rapport dune longueur et dun TEMPS. Lanalyse dimensionnelle conduit donc lexpression de la vitesse en LT1. Traduit en unit du systme SI, il vient immdiatement m/s.

Certaines grandeurs sont exprimes dans des units auxquelles on a donn un nom particulier : il sagit le plus souvent dun hommage un scientifique. Cest le cas de lNERGIE, par exemple, pour laquelle on utilise le joule (J). Pour commode quil soit, ce nom masque la gnalogie de cette grandeur. Lanalyse dimensionnelle de lnergie nous conduit dire que lnergie est le produit dune FORCE et dune longueur. Comme une force rsulte du produit dune MASSE par une acclration, il sen suit quune nergie est le produit dune masse et dune surface divis deux fois par le temps, soit, dans la notation symbolique : ML2T2. Lanalyse dimensionnelle permet de vrifier trs rapidement que la pression (ratio dune force et dune surface, MLT2/L2 = ML1T2) est quivalente une nergie volumique (ML2T2/L3 = ML1T2) ce que ne laisse pas souponner lexamen des seules units (respectivement Pa et J/m3).

Limportance de lanalyse dimensionnelle vient de la facilit avec laquelle elle permet de vrifier lhomognit dune relation entre plusieurs grandeurs physiques. Elle facilite galement considrablement la conversion de donnes entre diffrents systmes dunits, la notation symbolique des dimensions servant de rfrence commune.

Une grandeur sans dimension (lHUMIDIT RELATIVE par exemple) est telle que la valeur numrique qui la reprsente est indpendante du systme dunits choisi.

DISPERSION

Dispersion

SYSTME physico-chimique compos dune phase disperse solide, liquide ou gazeuse, et dune phase continue solide, liquide ou gazeuse. Cette appellation de dispersion est rserve aux substances non-miscibles. Aussi ne parle-t-on pas de dispersion gaz gaz car tous les GAZ sont totalement miscibles. On parlera dans ce cas de mlange gazeux. La notion de dispersion liquide liquide na de sens que dans le cas de liquides non-miscibles. Si les liquides sont miscibles, on parlera de SOLUTION. Selon la nature des phases disperses et continues, les dispersions portent des noms diffrents comme

LEXIQUE


lindique le tableau ci-aprs :

Phase Phase Nom Exemples disperse continue Liquide Gaz Arosol Brouillard, nuage Solide Gaz Arosol Fume Gaz Liquide Mousse Mousse raser Liquide Liquide mulsion Lait, vinaigrette Solide Liquide Collode Peinture, encre Gaz Solide Mousse solide Verre cellulaire Liquide Solide mulsion solide Crme glace Solide Solide Dispersion solide Rubis

Le graphe suivant est une illustration du tableau prcdent.

Gaz

Solide

Liquide

Gaz Liquide Solide

Mousse

Mousse solide

mulsion Collode,

dispersion

Arosol Arosol

mulsion solide Dispersion solide

x Phase disperse y Phase continue

Graphe des milieux disperss

DYNAMIQUE

Unsteady state

Qualifie un RGIME variable en fonction du TEMPS, impos un SYSTME physique. S'oppose STATIQUE. Dans la famille des rgimes dynamiques, on distingue les rgimes TRANSITOIRES, PRIODIQUES et VARIS. Dans la nature, rares sont les systmes physiques qui ne sont pas dynamiques.

EE EAU

Water

Corps pur de formule chimique H2O. Leau que lon pourrait nommer monoxyde dhydrogne prsente de nombreuses singularits lies la nature polaire de ses MOLCULES : grande

LEXIQUE


capacit dissoudre les substances, forte TENSION SUPERFICIELLE, CHALEUR de vaporisation leve, etc. La polarit de la molcule deau est due son asymtrie. Les deux liaisons covalentes OH, dont la longueur est un peu infrieure un ngstrm (1010 m), forment entre elles un angle de 104,5. Il en rsulte une rpartition non uniforme du nuage lectronique autour de la molcule qui, bien que globalement neutre, prsente un moment dipolaire permanent ( = 1,85 debye) induit par la non superposition des barycentres des charges positives et ngatives. Leau nest pas la seule substance polaire. Autre solvant, lactone lest bien davantage ( = 2,88 debye). Le debye est une unit ad hoc. Nous avons la correspondance suivante avec le systme SI :

1 debye = 3,33564 1030 coulombmtre.

Autre curiosit, leau est lune des trs rares substances qui augmente de VOLUME en passant ltat solide. Cette augmentation est de lordre de 8 %. Elle est due lorganisation cristalline particulire de la glace selon un schma tridimensionnel o chaque ATOME doxygne est li deux atomes dhydrogne par des liaisons covalentes mais aussi deux autres atomes doxygne par des LIAISONS HYDROGNE.

ltat gazeux, on lui donne souvent le nom de VAPEUR deau. En mlange avec lAIR sec prsent dans latmosphre, elle forme de lAIR HUMIDE dont les proprits THERMODYNAMIQUES sont dtermines grce au DIAGRAMME PSYCHROMTRIQUE.

Diffrentes reprsentations graphiques de leau. La figure de droite met en vidence la polarit de la molcule. DR

BULLITION

Boiling

Phnomne de VAPORISATION rapide dun LIQUIDE recevant un important FLUX nergtique. Ce phnomne saccompagne de la formation au sein du liquide de bulles de VAPEUR qui viennent clater

La polarit des molcules deau permet la constitution de liaisons hydrogne (reprsentes par des traits pointills) qui jouent un rle important dans le comportement de leau.

DR

LEXIQUE


Le panache qui schappe du col du ballon chauff o se produit lbullition du liquide est un mlange de vapeur deau (invisible) et de fines gouttelettes deau (visibles) provenant de la recondensation immdiate dune partie de la vapeur deau dans lair environnant (Doc. DRION & FERNET).

la surface du liquide. Pour un liquide donn, cette bullition ne peut se produire qu une TEMPRATURE donne qui dpend de la pression environnante. Pour de leau et pour une PRESSION ATMOSPHRIQUE gale 101 325 Pa, cette bullition se produit 100 C. Au sommet de lEverest, 8 847 m daltitude, la pression atmosphrique nest plus que le tiers de celle qui rgne au niveau de la mer. Leau bout 70 C. Si lon diminue encore la pression jusqu la valeur de 612 Pa, lbullition se produit 0,01 C. De fait, il sagit dune limite dite point triple de leau qui voit coexister les trois phases solide, liquide et gazeuse en QUILIBRE ( CHANGEMENT DTATS). Si lon diminue encore la pression, leau ne peut plus exister ltat liquide. Ce point triple est si parfaitement dfini quil sert dtalon de temprature.

Si, linverse, on augmente la pression au del de la pression atmosphrique standard dans un rcipient contenant de leau liquide, lbullition se produira au dessus de 100 C. Ainsi, pour une pression gale deux fois la pression atmosphrique, lbullition ne se produit qu 120 C.

LECTROLYTE

Electrolyte

Substance liquide ou solide dans laquelle le phnomne de conduction lectrique peut se manifester. Cette conduction est due la mobilit des IONS (cations et anions) prsents dans llectrolyte. Aussi, parle-t-on de conduction ionique dans les lectrolytes par opposition la conduction lectronique due aux dplacements des lectrons. La conductivit lectrique dun lectrolyte sexprime en siemens par mtre (S/m). On rappelle que le siemens est linverse de lohm (unit de rsistance lectrique, note ). On peut galement caractriser un lectrolyte par sa rsistivit. Elle sexprime alors en m.

On doit Svante ARRHENIUS davoir, le premier, compris le mcanisme de la dissociation lectrolytique dite aussi dissociation ionique, qui se produit spontanment dans une solution. Ce rsultat remarquable surprit tout dabord la communaut des chimistes avant quils ne finissent par se rendre lvidence : nul besoin dun courant lectrique pour que la dissociation ionique se produise. Ce sujet fut le thme de la confrence quil pronona lorsquil reut le prix Nobel en 1903.

Bien que constitue de MOLCULES polaires, lEAU pure est un mauvais lectrolyte. En revanche, sa conductivit lectrique peut augmenter considrablement en y dissolvant des sels. Ainsi, leau pure a une conductivit voisine de 8,3 105 S/m contre 5 S/m pour leau de mer (sature avec du chlorure de sodium NaCl). Leau de mer est donc 60 000 fois plus conductrice que leau pure !

LMENT

Element

Substance qui ne peut plus tre dcompose en une substance plus lmentaire. 92 lments naturels ont t dcouverts dans lUnivers. LATOME de chaque lment est constitu dun noyau form de protons et de neutrons ( lexception de llment hydrogne) autour duquel gravitent des lectrons. Un atome tant toujours lectriquement neutre, il y a toujours autant dlectrons que de protons. Llment le plus lourd

LEXIQUE


est luranium dont le noyau comporte pas moins de 92 protons et 146 neutrons ! Mais les physiciens ont su faire mieux en crant des lments artificiels appels transuraniens. On en compte dsormais une bonne vingtaine.

Il revient Dmitri Ivanovitch MENDELEEV davoir propos le premier un classement rationnel des lments en fonction de leurs proprits dans lesquelles une certaine priodicit se manifestait. Il tablit une table qui porte son nom mais qui est aussi dnomme tableau priodique des lments.

Un excellent tableau est propose au tlchargement sur le site spcialis du ministre de lenseignement suprieur et de la recherche : http://www.science.gouv.fr/index.php?qcms=decouverte,view,2420,,158,7,,,,

MULSION

Emulsion

DISPERSION dans lequel la PHASE disperse et la PHASE continue sont toutes deux des LIQUIDES ( COLLODE). En gnral, un agent spcifique (mulsifiant) est ncessaire pour stabiliser lmulsion.

NERGIE

J

Energy

GRANDEUR caractristique de ltat dun corps (tat de mouvement, TEMPRATURE, dformation, charge lectrique, etc.). Elle se manifeste sous diverses formes : calorifique, chimique, lectro-magntique, lectrique, mcanique, etc. Lnergie peut se transformer dune forme en une autre mais ne peut tre ni produite ni dtruite. Cette affirmation peut tre qualifie de principe , au sens dune proposition fondatrice de la THERMODYNAMIQUE. Notons qu ce jour, elle na jamais t dmontre mais aussi quaucune exprience ne la jamais invalide. Dans ce principe de conservation de lnergie, sentend comme un cho du principe de conservation de la MASSE et des lments chimiques nonc au XVIIIe sicle par le savant franais Antoine Laurent de LAVOISIER (1743-1794).

La Nature impose, cependant, des limites certaines transformations : ainsi, si le travail (nergie mcanique) peut tre intgralement transform en chaleur, linverse nest pas vrai. Cette limitation est due au deuxime principe de la THERMODYNAMIQUE.

Toutefois, lnergie totale dun SYSTME est toujours conserve. Lnergie interne dun corps peut tre augmente ou diminue par le TRAVAIL quil dlivre ou quil reoit. Ce travail modifie alors son tat (position, vitesse, acclration, temprature, dformation, charge lectrique, etc.). Lnergie est donc galement une mesure du travail modifiant ltat dun corps.

Le mot nergie vient du grec qui peut se traduire par force en action . Cest prcisment ce que reflte lanalyse dimensionnelle de cette grandeur. Lnergie a en effet pour DIMENSION le produit dune FORCE par une LONGUEUR. Cest donc bien une force qui se dplace ! Lunit dnergie a t baptise du nom de James Prescott JOULE (1818-1889), limmense savant anglais dont les recherches sur llectricit et la calorimtrie demeurent encore aujourdhui incontournables.

LEXIQUE


NERGIE CINTIQUE

J

Kinetic energy

Mesure du TRAVAIL que peut fournir un SYSTME de par son mouvement. Elle est proportionnelle la MASSE m du systme et au carr de sa vitesse v selon la simple et belle expression :

.21 2vmEc =

Si le systme est initialement au repos, il faut donc lui fournir une nergie gale Ec pour lamener la vitesse v. Inversement, sil est la vitesse v, lamener au repos restituera une nergie gale Ec.

NERGIE DACTIVATION

[J/mol]

Activation energy

Quantit dNERGIE quon doit fournir des substances pour enclencher une RACTION chimique entre elles. Une feuille de papier ne brle pas spontanment la TEMPRATURE ambiante. En revanche, si on lui fournit une nergie dactivation suffisante, grce la flamme dune allumette par exemple, la raction de combustion se produira. Comme cette raction est exothermique, elle fournira au reste de la feuille de papier lnergie dactivation ncessaire la propagation de la combustion. Pour une raction donne, lnergie dactivation permet que les liaisons chimiques des ractifs soient tout dabord rompues avant que dautres ne soient noues pour la formation des produits.

Par ailleurs, on peut systmatiquement vrifier que la vitesse des ractions chimiques augmente lorsque la temprature saccrot.

Svante ARRHENIUS (1859-1927), prix Nobel de Chimie en 1903, a su synthtiser ces observations et proposer une loi qui dsormais porte son nom. Elle permet de dterminer un taux daccroissement relatif de la cintique dune raction chimique en fonction de lnergie dactivation requise par les substances en prsence, et de la temprature laquelle se produit la raction. Lapplication de cette loi dallure exponentielle montre quen moyenne, un accroissement de 10 C de la temprature double la cintique ractionnelle. linverse, une diminution de 10 C la divise par deux. On voit toutes les consquences quon peut tirer de ces faits pour la conservation des collections.

NERGIE POTENTIELLE

J

Potential energy

Mesure de lNERGIE stocke dans un SYSTME en fonction de sa position, de sa forme et/ou de son TAT. Cette dfinition large inclut lnergie gravitationnelle, lnergie lectrique, lnergie chimique et lnergie nuclaire. Les oscillations dun ressort constituent un bonne illustration dune transformation de lnergie mcanique qui passe continument dune forme cintique une forme potentielle.

ENTHALPIE MASSIQUE

J/kgas

Mass enthalpy

GRANDEUR caractrisant lNERGIE interne dune MASSE dAIR HUMIDE. Par convention, sur un DIAGRAMME PSYCHROMTRIQUE, lenthalpie massique dune masse dair sec dont la temprature est de 0 C est fixe 0 J/kgas. Pour faciliter les calculs, la valeur de

LEXIQUE


lenthalpie est exprime par rapport la masse dair sec contenue dans le volume dair humide considr. Cest la raison pour laquelle lindice as comme air sec est ajout lunit kg .

ENTROPIE

J/K

Entropy

GRANDEUR EXTENSIVE mesurant le degr de dsordre microscopique dun SYSTME (symbole S). Cette dfinition peut paratre abstraite sinon absconse, voire abstruse ! Limportance de cette notion justifie cependant tous les efforts qui doivent tre consentis pour tenter den pntrer le sens profond.

Ltat macroscopique le plus probable dun systme est celui qui correspond au maximum de configurations microscopiques possibles. Prenons un exemple. Soit un rcipient empli dun gaz. un instant donn, une MOLCULE de gaz se trouve soit dans la moiti gauche du rcipient, soit dans la moiti droite. Est-il possible dimaginer que toutes les molcules puissent se trouver du mme ct, au mme moment ? Thoriquement, cette situation est possible. Mais elle est dautant plus improbable que le nombre de molcules de gaz dans le rcipient est lev. Dans le systme considr, lordre est maximum lorsque toutes les molcules sont groupes dans la moiti droite. Lentropie est alors minimale. Mais ltat le plus probable nest pas celui-l. Il correspond plutt la situation o toutes les molcules sont quirparties dans le volume total du rcipient. Le dsordre est alors maximal ainsi que lentropie.

Le grand physicien autrichien Ludwig BOLTZMANN (1844-1906) a dcouvert en 1877 la loi qui porte son nom et qui permet de relier lentropie S au nombre dtats microscopiques que peut adopter un systme physique. Elle scrit trs simplement :

S = kB ln ,

dans laquelle ln est le symbole des logarithmes npriens et kB est la constante de Boltzmann (kB = 1,38065 1023 J/K). Cest cette mme constante qui intervient dans le calcul de R, la constante des GAZ PARFAITS. Comme la loi de Boltzmann permet de le vrifier, plus il y a de molcules, plus le nombre de configurations microscopiques quelles peuvent adopter est grand et donc plus lentropie slve.

La notion dentropie est au cur du deuxime et du troisime principes de la THERMODYNAMIQUE.

[Dcourag par les hommes de son poque, Ludwig Boltzmann sest donn la mort en 1906, lheure o ses dcouvertes commenaient bouleverser la physique. La belle et fconde formule quil a propose est aujourdhui grave sur sa tombe au cimetire central de Vienne.]

QUATION

Equation

Relation mathmatique attribuant une valeur une variable par le biais dune galit comme lindique ltymologie (du latin quatio galit ). La valeur attribue la variable peut tre une GRANDEUR numrique (scalaire ou vectorielle) ou bien une combinaison dautres variables. Ces dernires seront alors qualifie de variables indpendantes tandis que la premire sera dite dpendante (sous entendu des autres variables). En physique, une quation reprsente une proprit dun SYSTME ou une FONCTION entre plusieurs grandeurs caractristiques du systme

LEXIQUE


(QUATION DTAT). Les quations de la physique permettent notamment de dcrire lvolution dans lESPACE et le TEMPS des grandeurs permettant de dcrire le systme considr.

QUATION DTAT

Equation of state

Relation THERMODYNAMIQUE reliant diverses GRANDEURS caractristiques de lTAT du corps (comme prcisment la PRESSION, le VOLUME et la TEMPRATURE). Lquation des gaz parfaits est typiquement une quation dtat. Les variables intervenant dans une quation dtat sont dites variables dtat. Ce sont des grandeurs soient intensives, soit extensives.

QUILIBRE

Equilibrium

tat dun SYSTME dont les GRANDEURS caractristiques ne varient plus au cours du TEMPS. Il nexiste probablement aucun systme physique en tat dquilibre absolu. Il faudrait pour cela quil soit parfaitement isol ce qui ne semble pas possible. En revanche, il est possible de dire que tel systme ou tel processus dchange entre systmes tend vers lquilibre et den prdire les caractristiques. Prenons un exemple. Si lon place une casserole pleine deau sur une plaque chauffante, on atteint un point dquilibre pour leau lorsque la temprature dBULLITION est atteinte. En effet, la temprature de leau demeure constante mme lorsque de lnergie continue dtre fournie la casserole. Cette NERGIE va tre utilise pour la production de VAPEUR DEAU partir de leau liquide, mais aussi pour maintenir la temprature de la casserole qui cde de la CHALEUR lenvironnement par CONVECTION et RAYONNEMENT.

La plupart du temps, la notion dquilibre ne sera pas utilise dans son sens strict. Elle sera au contraire employe pour dsigner un tat aussi proche de lquilibre quil est possible de limaginer ou de le mesurer.

ESPACE

Space

z

x y

r

r

r

r z

x

y

Reprsentation dun point dans

un systme de coordonnes cartsiennes.

Au sens strict, entit mathmatique permettant de dterminer la position dun point ou, plus gnralement, dun SYSTME matriel. Un espace peut ne comporter quune seule DIMENSION. Il se rduit alors une simple droite ( LONGUEUR). Dot de deux dimensions, il devient un plan. Avec trois dimensions, il constitue un VOLUME.

Tous les phnomnes physiques observables lchelle macroscopique se droulent dans un espace trois dimensions auquel sajoute la quatrime dimension du TEMPS. On parle alors despace-temps. Ltude dun systme DYNAMIQUE ne peut se faire qu lintrieur dun espace-temps.

Pratiquement, il faut procder au choix dun systme de coordonnes afin de faciliter le reprage des entits constitutives du systme tudi. Quatre valeurs numriques suffisent pour reprer un point dans lespace-temps. Il existe de nombreux systmes de coordonnes : coordonnes cartsiennes, polaires, cylindriques, sphriques, etc. Le choix est effectu en fonction de la facilit quoffrent les coordonnes pour reprsenter le systme tudi. Ainsi, pour tudier le dplacement dun vhicule sur de petites distances, un systme de coordonnes cartsiennes fera parfaitement laffaire. En revanche, ltude du

LEXIQUE


mouvement des astres sera plus facilement ralise dans un systme de coordonnes sphriques.

TAT

State

Organisation de la MATIRE en fonction de la TEMPRATURE et de la PRESSION. On dit aussi PHASE. Les corps purs prsentent trois tats principaux : ltat de SOLIDE, de LIQUIDE ou de GAZ ( CHANGEMENT DTAT). Aux trs hautes tempratures, lagitation thermique est telle quil ne subsiste plus dans le SYSTME considr quun ensemble dATOMES dpouills de tout ou partie de leur cortge dlectrons. La matire se prsente alors comme un gaz de particules ionises : le plasma. 99 % de la matire existant dans lunivers est ltat de plasma ! Le plasma peut tre utile pour la conservation des objets patrimoniaux : des tests approfondis de dchloruration dobjets ferreux par plasma dhydrogne ont t raliss par le Laboratoire darchologie des mtaux de Jarville.

un instant donn, ltat dun corps peut tre caractris par une quation dite QUATION DTAT. Lorganisation de la matire dans certains corps peut prendre des formes beaucoup plus complexes appeles tats msomorphes runissant certaines proprits des solides et des liquides, comme par exemple dans le cas des cristaux liquides.

VAPORATION

Evaporation

Phnomne de VAPORISATION lente au dessus dune surface liquide ou humide. Deux milieux hygroscopiques dont les tats hydriques respectifs diffrent changent de la VAPEUR DEAU jusqu ce quun QUILIBRE stablisse entre eux. Ainsi, dans une enceinte close qui peut tre, au dpart, vide de tout gaz et dont la TEMPRATURE est fixe, un rcipient ouvert contenant par exemple de leau, va fournir de la vapeur lambiance jusqu ce que la PRESSION PARTIELLE de vapeur au dessus du liquide soit gale la PRESSION DE VAPEUR SATURANTE correspondant la temprature de lambiance. Si lon mesure lhumidit relative dans une telle enceinte close, on obtiendra une valeur de 100 % confirmant la saturation. Si la temprature augmente et sil subsiste suffisamment deau dans le rcipient, le processus dvaporation se poursuivra jusqu, de nouveau, obtenir la saturation de lambiance.

FF FILTRATION

Filtration

Action de filtrer. Filtrer consiste purer un FLUIDE en le dbarrassant soit de particules en suspension (filtration physique), soit, dans le cas de la filtration des gaz, de molcules considres comme des polluants (filtration chimique).

Les effets nocifs des polluants physiques, chimiques et biologiques de lair sur les collections tant avrs, une stratgie de prvention doit imprativement prendre en compte la question de la filtration.

Le graphique suivant donne lordre de grandeur des dimensions de

100 %

Cloche tanche

Rcipient plein deau

LEXIQUE


quelques particules quil est possible de rencontrer dans lair ( AROSOL). Sur ce mme graphe, nous avons report une chelle simplifie du SPECTRE du RAYONNEMENT LECTROMAGNTIQUE. Nous avons galement indiqu les limites de la vision humaine (pouvoir sparateur voisin de 40 m) ainsi que les limites de la microscopie optique (aux environs de 0,4 m). Afin de donner ce graphique une chelle plus visuelle, sont figurs symboliquement une molcule deau (environ 0,0003 m), une bactrie Escherichia coli (environ 1 m), et un cheveu (diamtre denviron 70 m).

Filtrer physiquement lair va consister interposer sur le circuit impos lair un mdia capable dintercepter les particules quil transporte. Lefficacit de la filtration va dpendre des caractristiques physiques du filtre en regard de la taille des particules retenir mais aussi de son degr dencrassement. Celui-ci peut tre estim partir de la perte de pression (dite perte de charge) quil induit dans un circuit dair. Lorsquil est propre, cette perte de charge est voisine dune centaine de pascals. Elle saccrot au fur et mesure que le filtre se colmate. Paradoxalement, plus le filtre sencrasse et plus il est efficace. Cest la raison pour laquelle, lefficacit dun filtre particulaire est toujours donne pour une perte de charge limite.

Dimension des principaux arosols

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100

Molcules

Virus

Bactries

Spores

Pollen

Fume de cigarette

Fumes industrielles

Dimension en m

Limite vision humaine

Limite microscope optique

VIS IRUVRayons X

Escherichia coli

H2O

Cheveu

Au regard des normes EN 779:2002 et EN 1822, les filtres particulaires sont classs en quatre grandes familles :

Filtres grossiers : quatre classes (G1 G4) en fonction de leur efficacit de rtention dune poussire synthtique pour une perte de charge finale de 250 Pa.

Filtres fins : cinq classes (F5 F9) en fonction de leur efficacit de rtention de particules de diamtre 0,4 m pour une perte de charge finale de 450 Pa. Un filtre F9 retient 95 % des particules de 0,4 m lorsque la perte de charge atteint 450 Pa.

Filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air) : cinq classes (H10 H14) en fonction de leur efficacit de rtention des particules les plus difficiles stopper dont la dimension, nomme MPPS (Most

LEXIQUE


Penetrating Particule Size), est comprise, selon les filtres et les vitesses dair, entre 0,1 et 0,2 m.

Filtres ULPA (Ultra Low Penetration Air) : trois classes (U15 U17). Le critre de classement est le mme que celui utilis pour les filtres HEPA. Un filtre U17 prsente une efficacit minimale de 99,999995 %. Ceci correspond un coefficient dpuration 1000 fois plus grand que celui dun filtre HEPA H14 ! Ces filtres aux performances exceptionnelles sont rservs aux applications trs exigeantes : fabrication de produits striles ou de micro-processeurs, laboratoire de recherche sur les bio-contaminations, etc.

Certes, les performances des filtres particulaires augmentent avec le degr de colmatage, mais le cot dexploitation saccrot galement dans les mmes proportions. Ainsi, un filtre F9 filtrant un dbit dair dun mtre cube par seconde sa perte de charge nominale (450 Pa), impose une puissance supplmentaire de 750 W au ventilateur qui pulse lair dans les conduits. Un filtre qui fonctionnerait toute lanne sa perte de charge nominale serait responsable lui seul dune consommation lectrique de 6 570 kWh, soit une dpense de 400 700 (selon les tarifs applicables de llectricit). Il est donc ncessaire de choisir avec beaucoup de soin le niveau de filtration retenir en fonction des performances obtenir et dun cot dexploitation acceptable.

La filtration particulaire nest pas toujours suffisante. Si lenvironnement de ltablissement qui abrite la collection protger est fortement pollu (cest presque toujours le cas en zone urbaine), une filtration chimique doit tre envisage.

Contrairement au cas de la filtration physique, lefficacit de la filtration chimique a plutt tendance diminuer avec le degr de colmatage . Elle est ralise par linterposition dun filtre contenant une substance capable de retenir les polluants gazeux par ADSORPTION (physisorption ou chimisorption). La plupart des filtres chimiques contiennent du charbon actif qui agit par physisorption. Ils peuvent aussi faire appel aux ZOLITHES. Le charbon actif sobtient par carbonisation de matires vgtales telle que notamment la noix de coco. Un traitement complmentaire appel activation est ralis laide de vapeur deau haute temprature. Il confre au matriau une trs grande POROSIT conduisan

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