Une journée à l'institut Néel

L'institut L'Institut Néel est un laboratoire de physique de la matière condensée créé en 2007. Il se situe à Grenoble et compte un effectif de 450 personnes dont 173 chercheurs et 127 ingénieurs et techniciens. Les domaines de recherche abordés sont : - le magnétisme et l'électronique de spin - la photonique, la plasmonique et l'optique non linéaire - l'électronique quantique moléculaire et à large bande interdite - les systèmes corrélés, fluides quantiques et supraconductivité - l'élaboration, la structure et les fonctions des matériaux

Les basses températures

L'azote liquide Quelques propriétés de l'azote liquide : - température d'ébullition 77,36 K (−195,79 °C). - un liquide cryogénique très courant, tant dans le domaine de la recherche scientifique que dans l'industrie (faible coût). - le comportement très particulier de ce liquide à température ambiante rend celui-ci très intéressant à manipuler.

Ballon Dans cette expérience on plonge un ballon de baudruche dans de l'azote liquide. L'air présent dans le ballon est composé majoritairement de diazote et de dioxygène, cette air est donc à température ambiante. Lorsque l'on plonge le ballon dans l'azote liquide l'agitation des molécules est moins intense dans elles prennent moins de place dans le ballon ce qui le fait rétrécir. Puis des que la température du ballon revient à son état initiale l'agitation des molécules est plus intenses elles prennent donc plus de place et le ballon se regonfle.

Écoulement de l'azote liquide Lors de cette expérience nous avons jeté de l'azote liquide sur le sol. On constate que des perles d'azote se sont formées, elles se déplaçaient sur le sol en glissant comme un aéroglisseur. Comme le montre le schéma la différence de température entre le sol et l'azote liquide crée une fine couche d'azote gazeux qui lui permet de « flotter » sur le sol. L'azote liquide change d'état lors de cette expérience, il passe de l’état liquide à l’état gazeux. Azote Liquide Azote Liquide Azote gazeux Azote Gazeux Sol

Contact eau / azote liquide Dans cette dernière expérience nous avons versé de l'azote liquide dans le l'eau (température ambiante). Nous avons pu observer un nuage blanc se former. La formation de ce nuage est blanc est dû à la différence de température et l'humidité de l'air qui entoure cette expérience. Lorsque l'azote rentre en contact avec l'eau la température de celle-ci et de l'air autour chute brutalement. L'air c'est donc condensé ce qui a formé un nuage. Eau Azote Air condensé

L'hélium liquide L'hélium liquide est également parfois utilisé car sa température d'ébullition à l'air ambiant est encore plus basse que celle de l'azote liquide, c'est à dire – 269°C. Toutefois du fait de cette caractéristique, il est plus difficile et donc plus coûteux à fabriquer puis stocker.

La Glace Carbonique La glace carbonique est la forme solide du dioxyde de carbone lorsque celui ci est suffisamment comprimé. Sa température d'ébullition est bien plus élevé que celle de l'azote liquide, soit -56,6°C. La glace carbonique est donc moins froide à l'air ambiant c'est pourquoi elle n'est pas utilisé par les scientifiques et industriels mais plutôt dans le milieu de l'événementiel.

Conclusion expériences Pour conclure, la manipulation de l'azote liquide nous a permis de mieux comprendre certains phénomènes physiques comme l'ébullition, la sublimation et les notions de pressions. De plus si ici nous l'avons utilisé comme sujet d'étude, l'azote liquide est habituellement utilisé comme un outil scientifique ou industriel afin de refroidir des systèmes (mécaniques ou de mesure).

La supraconductivité En 1911, au cours d’une étude sur les propriétés de la matière à très basse température, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes et son équipe découvrent que la résistance électrique du mercure devient nulle en dessous de 4,2 K (-269°C) : le phénomène de supraconductivité est observé pour la première fois. En dessous d'une certaine température tout matériaux devient supraconducteur. Deux phénomènes physiques le caractérisent alors : - Il n'oppose plus aucune résistance au passage d'un courant électrique. - Un champ magnétique extérieur suffisamment faible ne peut pas pénétrer à l’intérieur du supraconducteur, il reste seulement à sa surface. Nous avons pu observer ces phénomènes à travers des expériences à l'Institut Néel.