Vide (physique)

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En physique, le vide est l'absence de toute matière. Le vide absolu est donc un milieu statistiquement sans particules élémentaires. Un espace dans lequel les molécules sont fortement raréfiées peut donc être retenu comme une première définition du vide approximatif. Ainsi, pour « faire le vide », il suffit d’utiliser une pompe à vide pour extraire l’air d'une enceinte étanche. La qualité du vide est alors définie par la pression d'air résiduelle, généralement exprimée en pascal, en millibar ou en torr. Seul un vide partiel peut être atteint avec un tel processus, quelle que soit la température.

Une pression de l'ordre de 10^-8 Pa est communément référencé comme « ultravide »^[1]. Des expériences menées à très basse température, proche du zéro absolu permettent d’atteindre de tels seuils, où les mesures dénombrent encore 2 millions de molécules par centimètre cube^{[réf. nécessaire]}. Par comparaison, la densité au sein des gaz interstellaires est de l'ordre de 1 atome par centimètre cube^{[réf. nécessaire]}.

La physique quantique, qui définit le vide comme l'état d'énergie minimale de la théorie, montre qu'il reste néanmoins le siège de matérialisations spontanées et fugaces de particules et de leur antiparticules associées. Ces particules qui s'annihilent presque immédiatement après leur création sont dites particules virtuelles. 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 la valeur précise de l'énergie. C’est le phénomène des « fluctuations quantiques du vide ». Dans ce cadre, il est tout à fait pertinent de discuter de l'énergie du vide. En effet, il se peut que le vide soit polarisé, c’est-à-dire que les particules et les antiparticules deviennent pérennes et non éphémères comme les particules virtuelles. Cette polarisation se produit lorsque le vide reçoit un champ magnétique.

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 donne raison à Descartes 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 9^e 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. »^[2].

Qualité

Il existe différents types de pompes à vide pour atteindre différentes gammes de pression, mais pour les gammes de pression les plus basses c'est la technologie et la propreté de l'enceinte a vide qui sont primordiales. Pour décrire la qualité du vide, on distingue quatre domaines qui caractérisent la quantité de matière restante par rapport à un volume. À chacun de ces domaines correspond une gamme d'appareils.

Différentes unités de mesure sont d’usage courant :

• le pascal, symbolisé Pa, est l’unité du système international ;
• le millibar, symbolisé mbar ; 1 mbar = 100 Pa) ) plus courant dans l'industrie^{[réf. nécessaire]} ;
• le torr, symbolisé Torr, conventionnellement fixée à 133,322 pascals.

Propriétés physiques

Perméabilité magnétique du vide μ₀

μ₀≡ 4π×10^-7 kg·m/A²s² (ou H/m)

Conductance électrique du vide  :

G₀ = 1/119,916 983 2·π S ≈ 2,654 418 729 438 07×10-3 A²s³/kg·m² =1/(μ₀c)

Permittivité du vide ε₀

ε₀= 1/35 950 207 149·π F/m ≈ 8,854 187 817 620 39×10-12 A²s⁴/kg·m³ ≡ 1/(μ₀c²)

Impédance caractéristique du vide

Z₀ = 119,916 983 2·π Ω ≈ 376,730 313 461 770 68 kg·m²/A²s³ ≡ μ₀c

Applications industrielles

Le vide est requis pour certaines applications très exigeantes comme en électronique, en recherche et pour le dépôt sous vide. Pour répondre à cette exigence, des gammes complètes existent :

• unités de vide ;
• générateurs de vide ;
• filtres d'aspiration ;
• ventouses ;
• séparateurs de condensats pour systèmes de vide ;
• vérins universels.

Références

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