Voir la source de Point critique (thermodynamique)

{{confusion|Point triple}}
{{voir homonymes|Point critique}}

[[Fichier:TransitionPhaseTP.png|vignette|]]
Le '''point critique''' d'un [[corps pur]] est le point du diagramme [[température thermodynamique|température]]-[[pression]], généralement noté {{math|C}}, où s'arrête la [[transition de phase|courbe d'équilibre]] [[liquide]]-[[gaz]]. La [[température thermodynamique|température]] {{math|''T''{{ind|C}}}} et la [[pression]] {{math|''P''{{ind|C}}}} du point critique sont appelées ''[[température critique]]'' et ''[[pression critique]]'' du corps pur. Le [[volume molaire]] et la [[masse volumique]] du corps pur à ces température et pression ({{math|''V''{{ind|C}}}} et {{math|''ρ''{{ind|C}}}}) sont appelés ''[[volume critique]]'' et ''masse volumique critique'' (plus souvent, mais improprement, ''densité critique'').

Au-dessus de la température critique comme au-dessus de la pression critique on ne peut pas observer de [[changement d'état]] liquide-gaz, le fluide est dit ''[[fluide supercritique|supercritique]]''.

== Caractéristiques ==
[[Fichier:TransitionPhase.png|vignette|Graphique tridimensionnel [[volume molaire]]-[[température thermodynamique|température]]-[[pression]] ({{mvar|V-T-P}}).]]
[[Fichier:IsothermesAndrews.png|vignette|Isothermes dans le diagramme [[volume molaire]]-[[pression]] ({{mvar|V-P}}).]]

Le long de la courbe d'équilibre liquide-gaz (qui part du [[point triple]] solide-liquide-gaz, généralement noté  {{math|T}}), la différence de masse volumique entre le liquide et le gaz, <math>\rho_\mathrm l-\rho_\mathrm g</math>, diminue jusqu'à s'annuler au point critique {{math|C}}. En ce point, toutes les propriétés des deux [[phase (thermodynamique)|phases]] ([[indice de réfraction]], [[capacité thermique massique|chaleurs massiques]]{{etc.}}) deviennent identiques.

Aux températures et pressions supérieures à celles du point critique le fluide est [[fluide supercritique|supercritique]] : on ne peut plus distinguer une phase liquide d'une phase gaz, on passe continûment des propriétés d'un liquide (à haute pression et relativement basse température) à celles d'un gaz (à relativement basse pression et haute température) : le corps pur est alors qualifié de [[fluide supercritique]].

Si l'on fait varier la température et la pression de telle sorte que le point représentatif dans le diagramme température-pression se déplace sans franchir la courbe d'équilibre on n'observe qu'une évolution continue, même si l'on part d'un point du domaine liquide pour arriver à un point du domaine gazeux. C'est seulement au franchissement de cette ligne qu'on peut observer une [[transition de phase]] liquide → gaz ([[vaporisation]]) ou gaz → liquide ([[liquéfaction]]).

On parle parfois d'''état critique'' pour un fluide dont la température et la pression sont proches du point critique, cet « état » possédant des propriétés inhabituelles comme l'[[opalescence critique]]. Mais ce n'est pas un [[état de la matière]] au sens de la [[thermodynamique]] (absence de délimitation par des [[changement d'état|changements d'état]]).

On parle aussi d'''état supercritique'' pour l'état d'un [[fluide supercritique]]. À proprement parler ce n'est pas un [[état de la matière]] au sens de la [[thermodynamique]], mais une situation intermédiaire entre l'état [[liquide]] et l'état [[gaz]]eux, et en continuité avec ces deux états.

=== Opalescence critique ===
Si l’on considère une transition à une température constante très proche du point critique, on voit qu'une différence de pression « faible » produit un changement de volume « important » : la [[compressibilité]] est infinie au point critique, une différence de pression infime provoque alors des variations de volume et de densité sensibles. Les propriétés dépendant de la densité ([[permittivité|constante diélectrique]], [[indice de réfraction]]) sont mal définies au passage du point critique. Les [[Mouvement brownien|fluctuations statistiques]] deviennent macroscopiques : le fluide se comporte vis-à-vis de la lumière comme un brouillard concentré ; on parle de « phénomène d'[[opalescence critique]] ». Historiquement, la description de ces fluctuations par [[Albert Einstein|Einstein]] et [[Marian Smoluchowski|Smoluchowski]] fut une étape importante du triomphe des théories atomistes.

=== Contournement du point critique ===
On peut assez facilement réaliser l'expérience dite de « contournement du point critique » qui consiste à transformer un corps de la phase liquide à la phase gazeuse en franchissant la ligne de transition de phase dans le diagramme ''T-P'' (par exemple par élévation de la température à pression constante), puis à revenir aux conditions initiales sans la franchir (en modifiant à la fois la pression et la température de telle sorte qu'on contourne le point critique) donc sans transition visible, puis à recommencer autant de fois qu'on le désire : on observe ainsi une succession de phénomènes d'ébullition séparés par des évolutions continues sans manifestation visible, et donc sans jamais observer de condensation. Ce phénomène de contournement du point critique est mis à profit, sous le nom de [[séchage supercritique]], pour sécher totalement un échantillon sans le détruire, notamment en [[microscope électronique|microscopie électronique]].

== Exemples ==
Chaque corps chimique possède un point critique, caractérisé par une température critique ({{math|''T''{{ind|C}}}}), une pression critique ({{math|''P''{{ind|C}}}}) et une masse volumique (ou un [[volume massique]]) critique ({{math|''V''{{ind|C}}}} ou {{math|''ρ''{{ind|C}}}}).
* [[Eau]] ({{H2O}}) : {{math|''T''{{ind|c}}}} = {{tmp|374.15|°C}}, {{math|''P''{{ind|c}}}} = {{unité/2|22.12|MPa}} ({{unité|221.2|bars}}, environ {{unité|220|[[atmosphère (unité)|atm]]}})<ref>{{en}} Properties of Water and Steam in SI-Units - 1969 Prepared by Ernst Schmidt, Springer, Verlag Berlin Heidelberg New York - R. Oldenburg München</ref>{{,}}<ref>{{NIST|C7732185|eau}}</ref>{{,}}<ref name =CNRS2010>[http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1847.htm?&debut=8 Communiqué {{abr|CNRS|Centre National de la Recherche Scientifique}} (France) intitulé ''Premiers résultats scientifiques de l'instrument DECLIC, parti sur l'ISS le 25 août''] (Paris, 31 mars 2010)</ref>.
* [[Méthane]] ({{fchim|CH|4}}) : {{math|''T''{{ind|c}}}} = {{tmp|190.55|K}}<ref name="CriticalTmpII">{{article| langue=en| auteur1=Iwona Owczarek|auteur2=Krystyna Blazej| titre=Recommended Critical Temperatures. Part I. Aliphatic Hydrocarbons| périodique=[[Journal of Physical and Chemical Reference Data]]| volume=32| numéro=4| jour=4| mois=août| année=2003| pages=1411| doi=10.1063/1.1556431}}.</ref>, {{math|''P''{{ind|C}}}} = {{unité|4600|kPa}} (environ {{unité|45.4|atm}})<ref name="CriticalPressuresI">{{article| langue=en| auteur1=Iwona Owczarek| auteur2=Krystyna Blazej| titre=Recommended Critical Pressures. Part I. Aliphatic Hydrocarbons| périodique=[[Journal of Physical and Chemical Reference Data]]| volume=35| numéro=4| jour=18| mois=septembre| année=2006| pages=1461| doi=10.1063/1.2201061}}.</ref>.
* [[Éthylène]] ({{fchim|C|2|H|4}}) : {{math|''T''{{ind|c}}}} =  {{tmp|282.34|K}}<ref name="CriticalTmpII"/>, {{math|''P''{{ind|c}}}} = {{unité/2|5060|kPa}} (environ {{unité|50|atm}})<ref name="CriticalPressuresI"/>.

== Notes et références ==
{{références}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Fluide supercritique]]
* [[Formule de Clapeyron]]
* [[Méthode de Joback]]
* [[Gaz parfait]]
* [[Gaz réel]]
* [[Point triple]]

=== Liens externes ===
* [http://www.lmm.jussieu.fr/~carles/Liens/Supercritique/Supercritique.html La page du {{Pr}} Pierre Carlès], chercheur au [[Centre national de la recherche scientifique|CNRS]] (France) et professeur de [[mécanique des fluides]] à Jussieu.
* [http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/blanquet/thermo2005/04_structurematiere/04_structurematiere.htm#43 ''Équilibre liquide-vapeur''], du [http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/blanquet/ cours de thermodynamique] du {{Pr}} Claude Saint-Blanquet, maître de conférence, spécialiste des transferts thermiques.
* [https://www.youtube.com/watch?v=LVUdxnCDJ-8 Point critique du CO2 : une vidéo de l'expérience].

{{Palette|État de la matière}}

{{portail|physique|chimie}}

[[Catégorie:Température seuil|Critique]]
[[Catégorie:Transition de phase]]