Vide - Définition

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Introduction

Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.

Une des difficultés des missions spatiales est d'offrir aux astronautes des combinaisons réellement protectrices et étanches. Dégradation et trou dans les gants de l'astronaute (Un astronaute est le nom donné à une personne qui voyage ou ayant voyagé dans...) Rick Mastracchio, suite à son intervention hors de la navette spatiale (Une navette spatiale, dans le domaine de l’astronautique, est un véhicule...) (Mission STS-118).

Au quotidien

Dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) commun, lorsque l'on dit qu'un contenant est vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), il est en fait rempli d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...). Un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) vide, une bouteille vide, un carton vide… contiennent en fait environ 2·1015 molécules par millimètre cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées....). Un vide très poussé, un milliardième de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) par exemple, laisse encore plusieurs millions de molécules par millimètre cube.

En physique

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...)

En physique, le vide est un concept qui recèle des propriétés tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait surprenantes et néanmoins fondamentales.

Ce n'est pas le rien (l'absence de tout). La physique moderne nous indique d'ailleurs qu'il est tout à fait pertinent de discuter de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) du vide. Ce n'est pas non plus un éther, un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) particulier, suivant les époques, mouvant ou fixe et indépendant de tout référentiel, imaginé, par exemple, comme support des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) électromagnétiques. Il a été prouvé que ce dernier n'était pas observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire...) dans la réalité physique (par Michelson et Morley), on en a donc abandonné l'idée.

On peut dans une première approche dire que le vide est un espace dans lequel les molécules sont fortement raréfiées. Ainsi, pour « faire le vide », on prend une enceinte étanche et on pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) l'air avec une pompe à vide ; on définit la qualité du vide par la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) d'air résiduelle, exprimée en pascals (Pa, unité du système international), ou plus souvent dans le milieu industriel en millibars (mbar) ou torrs (mm de mercure). On ne peut atteindre ainsi qu'un vide partiel (Le mot partiel peut être employé comme :), quelle que soit la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...).

Un vide considéré comme très poussé, « ultravide », correspond à une pression de l'ordre de 10-8 Pa ; on y dénombre encore 2 millions de molécules par centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) cube. Par comparaison, la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) au sein des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) interstellaires est de l'ordre de 1 atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) par centimètre cube.

Mais qui dit absence de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) ne dit pas absence d'événement. Ainsi, les ondes électromagnétiques traversent le vide, et c'est le milieu qui s'oppose le moins à leur avancement (la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour...) dont on parle usuellement, limite à toute transmission d'information, est celle dans le vide) ; il y a dans le vide des variations du champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) et du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...), mais ces champs ne nécessitent aucun support matériel. Le vide total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) nécessite donc l'absence à la fois de matière mais aussi de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...).

Le vide absolu défini ci-dessus est donc un milieu statistiquement sans particules élémentaires. La physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...), qui définit le vide comme l'état d'énergie minimale de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), montre qu'il reste néanmoins le siège de matérialisations spontanées et fugaces de particules et de leur antiparticules associées, on parle de particules virtuelles, qui s'annihilent presque immédiatement après leur création. Ces fluctuations quantiques sont une conséquence directe du principe d'incertitude qui affirme qu'il n'est jamais possible de connaître avec une certitude absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un...) la valeur précise de l'énergie. On appelle ce phénomène les fluctuations quantiques du vide.

Einstein consacre l'annexe 5 de son livre Relativité - Théories spéciale et générale (Relativity - The Special and the General Theory, traduction de Robert Lawson, 1961) à la relativité et [au] problème de l'espace. Il y cite Descartes et Kant et donne raison au premier contre le second, en niant l'existence du vide, c'est-à-dire, précise-t-il, l'existence d'un espace vide de champ. Il note dans sa préface à la 9e édition du livre : « les objets physiques ne sont pas dans l'espace, mais ces objets ont une étendue spatiale. De la sorte, le concept d' « espace vide » perd son sens. »

Qualité du vide

Le vide « parfait » n'existe pas, il s'agit en fait d'une très faible pression ; un vide considéré comme excellent (10-8 Pa) contient encore 2,4 millions de molécules par centimètre cube à 294 K.

Il existe différents types de pompes à vide, pour atteindre différentes gammes de pression. Pour décrire la qualité du vide, on distingue 4 domaines qui caractérisent la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques...) restante par rapport à un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...). À chacun de ces domaines correspond une gamme d'appareils.

Le vide est mesuré en pascals (Pa, unité du système international) ou plus couramment dans l'industrie en millibars (mbar ; 1 mbar = 100 Pa), ou en torrs.

Domaine de vide Pression en mbars Molécules par cm³ Libre parcours moyen d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...)
Vide primaire ou industriel 1 000 - 1 1019 - 1016 0,1 - 100 μm
Vide moyen 1 - 10-3 1016 - 1013 0,1 - 100 mm
Vide poussé ou vide secondaire 10-3 - 10-7 1013 - 109 10 cm - 1 km
Ultravide 10-7 - 10-12 109 - 104 1 km - 105 km
Ultra-ultravide <10-12 <104 >105 km

La pression du vide

Une des propriétés les plus curieuses du vide quantique est mise en évidence par l'effet Casimir : lorsque le vide est réalisé entre deux plaques conductrices, et en l'absence de toute contrainte mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) externe, une pression est exercée sur les plaques dont la valeur dépend de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) particulière du système. Cet effet est expliqué dans le cadre de la théorie quantique des champs (La théorie quantique des champs (QFT, abréviation du terme anglais Quantum field theory)...) qui affirme que la notion de vide dépend de la géométrie. Ainsi le vide enfermé entre les deux plaques conductrices possède une densité d'énergie différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) du vide extérieur à l'enceinte. Cette différence de densité d'énergie a pour conséquence directe l'apparition d'une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) mécanique exercée sur l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface...) séparant les deux milieux.

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