Voir la source de Vide (physique)

{{voir homonymes|vide}}
{{confusion|vide quantique}}

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

Le vide en astronomie se rencontre dans l'espace entre les corps célestes, ce que l'on nomme « [[Espace (cosmologie)|espace]] ».

Une pression de l'ordre de {{unité|e-8 [[pascal (unité)|Pa]]}} est appelée [[ultravide]]<ref>[http://www.universalis.fr/encyclopedie/ultravide/ ULTRAVIDE - Encyclopædia Universalis].</ref>, ce qui, aux températures usuelles (300 K), correspond à une [[densité]] de l'ordre d'une dizaine de millions de molécules par centimètre cube. Par comparaison, la densité au sein des [[Milieu interstellaire|gaz interstellaires]] est de l'ordre de {{nobr|1 atome}} par centimètre cube<ref>{{Lien web |lang=en |url=http://www-ssg.sr.unh.edu/ism/what1.html|éditeur=University of New Hampshire Experimental Space Plasma Group. |titre=What is the Interstellar Medium. The Interstellar Medium, an online tutorial |consulté le=15 mai 2017}}.</ref>.

La notion de vide s'entend couramment comme l'absence de toute particule, et chez bien des physiciens, au cours de l'histoire, cette absence est compatible avec l'existence d'un [[éther (physique)|éther]] qui, emplissant imperceptiblement l'espace et les corps, permet la transmission de la lumière et des forces agissant à distance. Depuis la [[relativité générale]], la notion de [[champ (physique)|champ]] a avantageusement remplacé celle d'éther. Par contre la [[physique quantique]] a ajouté quelques complications à la notion de vide, avec les [[Fluctuation quantique|fluctuations du vide]], ou encore avec la notion de [[faux vide]].

== Histoire ==
[[Fichier:Voyage in Space page065.png|vignette|Expérience des [[hémisphères de Magdebourg]] revisitée, Herbert Hall Turner, Voyage in Space, 1913.]]

Historiquement, l'existence d'un vide a donné lieu à de nombreux débats. Les philosophes grecs antiques ont débattu de l'existence d'un vide dans le contexte de l'[[atomisme]] qui posait le vide et les atomes comme éléments explicatifs fondamentaux de la physique. À la suite de [[Platon]], même le concept abstrait d'un vide sans caractéristiques faisait face à un scepticisme considérable : il ne pouvait pas être appréhendé par les sens, il ne pouvait pas, lui-même, fournir un [[pouvoir explicatif]] supplémentaire au-delà du volume physique avec lequel il était proportionnel et, par définition, était tout à fait littéralement ''rien du tout'', ce qui ne peut pas être dit de quelque chose qui existe. Aristote a cru qu'aucun vide ne pouvait se produire naturellement, car le continuum de matériau environnant plus dense comblerait immédiatement toute rareté qui pourrait donner lieu à un vide.

=== Le vide atomiste ===
{{Article détaillé|Atomisme}}
* Vers -500 avant notre ère, [[Leucippe]] émet l'idée que la matière est composée d'unités fondamentales indivisibles, les [[atome]]s, du grec ''atomos'' qui veut dire ''insécable'', et l'idée d'un espace vide au sein duquel les atomes peuvent évoluer<ref>{{harvsp|Trinh Xuan Thuan|2016|p=49|id=Thuan2016}}.</ref>.
* En -440, à la suite de Leucippe, son disciple [[Démocrite]] développe l'idée d'un univers de taille infinie et constitué d'espace vide habité par des particules solides et indivisibles, de formes et tailles différentes, toutes en mouvement. Il fonde la théorie [[atomisme|atomiste]] qui sera ensuite intégrée à l'[[épicurisme]]<ref name="Thuan50">{{harvsp|Trinh Xuan Thuan|2016|p=50|id=Thuan2016}}.</ref>.
* Vers -400, à la suite de l'énoncé des [[paradoxes de Zénon|paradoxes de Zénon d'Élée]], plusieurs penseurs grecs en viennent à réfuter la notion de vide, dont [[Empédocle]] (« tout est plein »), [[Platon]] (quoique de façon ambiguë<ref>Charles Mugler, [https://www.persee.fr/doc/reg_0035-2039_1967_num_80_379_3941 ''Le Kenòn de Platon''], Revue des Études Grecques, 1967 (80-379-383), pp. 210-219.</ref>) et surtout [[Aristote]]. Commence alors à émerger la conception que l'espace n'est pas vide, qu'il serait baigné d'une substance informe, l'[[éther (physique)|éther]], qui s'ajoute aux 4 autres éléments<ref>{{harvsp|Trinh Xuan Thuan|2016|p=51|id=Thuan2016}}.</ref>. L'idée aristotélicienne de l'''horror vacui'' ({{Citation|la nature a horreur du vide}}) va occuper tout le [[Moyen Âge]]<ref>{{harvsp|Trinh Xuan Thuan|2016|p=53|id=Thuan2016}}.</ref>.
* [[Épicure]] (-342 à -270) puis [[Lucrèce]] (-98 à -55) reprennent les idées de [[Démocrite]], affirmant l'existence du vide qui serait nécessaire au déplacement des atomes<ref>[[Épicure]], lettre à [[Hérodote]], 43-44.</ref>. Vers -70 avant notre ère, [[Lucrèce]], vulgarisateur de l'atomisme, décrit la nécessité du vide dans son poème ''[[De rerum natura|De la nature des choses]]''<ref name="Thuan50"/> et la pluralité des mondes<ref>{{harvsp|Trinh Xuan Thuan|2016|p=57|id=Thuan2016}}.</ref>.

=== Réfutation aristotélicienne du vide ===
[[Aristote]] (-384 à -322) réfute l'idée du vide<ref name="Biarnais"/> dans les chapitres 8 (''Du mouvement'') et 9 (''Du vide en l'absence de mouvement'') du Livre IV de sa ''[[Physique (Aristote)|Physique]]''. Tout corps pesant qui tombe possède, selon lui, une certaine vitesse, déterminée par la nature, et que l'on ne peut ni accroître ni diminuer, si ce n'est en usant de la violence ou en lui opposant une résistance. De manière erronée, il suppose qu'un mobile dix fois plus lourd qu'un autre se meut dix fois plus vite et tombe dès lors dix fois plus rapidement.

D'autre part, observant la difficulté qu'un mobile éprouve à se mouvoir dans un milieu dense, Aristote postule que la vitesse dans l'air par rapport à la vitesse dans l'eau est dans le rapport inverse de leurs densités. Si l'eau est dix fois plus dense que l'air, un même corps pesant descendra dans l'air dix fois plus vite que dans l'eau<ref>Galileo Galilei. Les nouvelles pensées de Galilei, Pierre Rocolet, 1639. [https://books.google.be/books?id=cGpkkll67LIC Lire en ligne].</ref>. Si le vide pouvait exister, la subtilité de celui-ci surpasserait de manière infinie celle de tout autre milieu, le mouvement se ferait instantanément, ce qui est impossible. Par conséquent, en vertu de l'existence du mouvement, il est, selon Aristote, impossible qu'il y ait du vide<ref name="Koyré">Koyré A. Le De Motu Gravium de Galilée. De l'expérience imaginaire et de son abus.. In: Revue d'histoire des sciences et de leurs applications, tome 13, {{n°|3}}, 1960. {{p.|197-245}}. [http://www.persee.fr/doc/rhs_0048-7996_1960_num_13_3_3854 Lire en ligne].</ref>. Il va jusqu'à dire qu'il n'y a pas de raison pour qu'un corps en mouvement (dans le vide) s'arrête quelque part, « Ετι ουδείς αν ϊγο ειπείν δια τί κινηθεν υτήσεταί που », échouant par là, peut-être de peu, à découvrir l'[[inertie]]. Ceci et d'autres choix malheureux, Aristote placé aux nues par ses successeurs, engageront la science dans une impasse qui durera jusqu'à [[Galilée (savant)|Galilée]]<ref>Mugler Charles. Archimède répliquant à Aristote. In: Revue des Études Grecques, tome 64, fascicule 299-301, janvier-juin 1951. {{p.|59-81}}. [http://www.persee.fr/doc/reg_0035-2039_1951_num_64_299_3216 Lire en ligne].</ref> qui battra toutes ces assertions en brèche.

=== Expérimentation du vide ===
[[Fichier:L-Pumpe2.png|vignette|La [[pompe à bras]] réduit la pression atmosphérique dans la chambre de la pompe. La pression atmosphérique s'étend vers le bas dans le puits et force l'eau dans la colonne pour équilibrer la pression réduite. Les pompes à bras hors terre ne sont efficaces que jusqu'à une profondeur d'environ {{Unité|9|mètres}} en raison du poids de la colonne d'eau équilibrant la [[pression atmosphérique]].]]

L'invention de la [[pompe à bras|pompe à piston]] est la conséquence des recherches menées par [[Ctésibios]] au {{-s|III|e}} à [[Alexandrie]]. Les efforts qu'il entreprend dans la réalisation de son [[orgue hydraulique]] le mènent à inventer le [[Piston (mécanique)|piston]], au cœur de nombreuses machines hydrauliques et notamment des pompes. Des systèmes de pompe sont décrits par [[Philon de Byzance|Philon]], que l'on considère comme le continuateur de Ctésibios, par [[Vitruve]] (''machina Ctesibica'') et [[Héron d'Alexandrie]].

Ce qui n'était souvent qu'un objet de curiosité pour les grecs sera mis en pratique par les Romains, notamment dans les mines pour réaliser l'[[exhaure]]. Les ''pompes aspirantes'' élèvent l'eau par succion en créant une chute de pression entre le niveau d'eau dans le tuyau et la surface inférieure du piston. Un [[clapet anti-retour]] placé sur le piston impose à l'eau de circuler dans un seul sens et permet de répéter l'opération de pompage. La hauteur à laquelle cette pompe peut élever l'eau dépend de la différence entre la pression à la surface libre de l'eau et la pression plus basse créée dans le tuyau par le mécanisme de la pompe. La limite théorique est donc la différence entre la pression atmosphérique et un vide parfait, ce qui élèverait l'eau à {{unité|10.33|mètres}}, comme l'établit [[Evangelista Torricelli]], élève de Galilée, en 1644. Il répondait au problème que lui avaient posé les [[fontainier]]s de Florence qui s'acharnaient depuis plusieurs années, sans résultat, à aspirer l'eau de l'[[Arno (fleuve)|Arno]] à plus de trente-deux pieds de hauteur ({{unité|10.33|mètres}}). Par son expertise, il venait par ailleurs de mettre en évidence, le vide physique, la [[pression atmosphérique]] et d'inventer le [[baromètre]].

[[Fichier:Baro 0.png|vignette|100px|gauche|Baromètre à mercure d'[[Evangelista Torricelli]], l'un des premiers vides soutenus dans un laboratoire.]]

[[Galilée (savant)|Galilée]] (1564-1642) s'intéressait au vide comme à un milieu limite plutôt qu'à la réalité d'un absolu du vide, c'est-à-dire au milieu expérimental relativement vide dans lequel on s'approche des conditions « idéales » d'étude de la [[pesanteur]] terrestre affectant les corps indépendamment de leur [[densité]] et égalisant leur temps de chute loin de tout facteur particularisant : « on voit donc que la question du vide constitue pour le savant italien une condition de pureté à laquelle on tend en raisonnant à la limite (à partir d'expériences de ralentissement en divers milieux) sans parvenir dans l'absolu<ref name="Bernhardt">Bernhardt Jean. La question du vide chez Hobbes. In: Revue d'histoire des sciences, tome 46, {{n°|2-3}}, 1993. {{p.|225-232}}. [http=//www.persee.fr/doc/rhs_0151-4105_1993_num_46_2_4272 Lire en ligne].</ref> ». Galilée était d'autre part bien familiarisé avec la pesanteur de l'air et enseigne dans ses ''Dialogues'' deux moyens de la démontrer et de la mesurer, mais il n'est pas allé plus loin et l'honneur de découvrir la pression de l'atmosphère était réservé à son disciple Torricelli.

Le problème du vide a été illustré de 1640 à 1648 environ par les noms de [[Gasparo Berti]], Evangelista Torricelli (1608-1647), [[Marin Mersenne]], [[Blaise Pascal]] (en association avec [[Gilles Personne de Roberval]])

En 1643, Torricelli a donc cette idée que cette force qui soutient les fluides au-dessus de leur niveau dans les tuyaux privés d'air ne peut être que la colonne atmosphérique qui pèse sur leur surface extérieure. Ce principe adopté, il en conclut qu'un fluide plus pesant que l'eau ne s'élèverait pas à {{unité|32|pieds}} et que la hauteur qu'il pourrait atteindre serait en raison inverse de son poids, comparé à celui de l'eau. Ainsi le mercure étant à peu près 14 fois plus lourd que l'eau, il ne doit s'élever qu'à la quatorzième partie de {{Unité|32|pieds}}, c'est-à-dire à {{Unité|29 ou 30|pouces}}. Torricelli prend en conséquence un tube de verre de plusieurs pieds de longueur, fermé hermétiquement à l'un de ses bouts, il le remplit de mercure et le renverse ensuite en bouchant l'ouverture avec un doigt. Ayant plongé cette partie du tube dans un vase plein de mercure, il retire son doigt. L'événement justifia sa conjecture, le mercure contenu dans le tube descendit jusqu'à ce qu'il n'en restât plus qu'une colonne d'une hauteur d'à peu près {{unité|30|pouces}} au-dessus de la surface du mercure qui se trouvait dans le vase<ref>Dictionnaire des sciences mathématiques pures et appliquées, Volume 1. Chez L. Hachette, Libraire de l'Université, 1845. [https://books.google.be/books?id=9lnt5a8GnxcC Lire en ligne].</ref>.

[[Fichier:T1- d039 - Périer mesurant la hauteur du tube de Torricelli.png|vignette|[[Florin Périer]] mesurant la hauteur du tube de Torricelli sur le [[puy de Dôme]].]]

Cette expérience est répétée par Marin Mersenne en 1644. Blaise Pascal publie un traité : ''Expériences nouvelles touchant le vide'' en 1647. Il détermine son beau frère [[Florin Périer]] à exécuter l'expérience du [[puy de Dôme]] dans laquelle on trouva que la hauteur de la colonne de mercure soutenue dans le tube de Torricelli variait suivant l'altitude. Par ce moyen, il ne fut plus permis de douter que ce fût la pesanteur de l'atmosphère qui tînt la colonne de mercure en équilibre, puisqu'en s'élevant dans l'air et en rendant ainsi la colonne atmosphérique plus courte et par conséquent moins pesante, celle de mercure diminuait en même temps.

=== Vacuistes contre plénistes ===
{{Article connexe|Controverses du cartésianisme#La querelle du vide{{!}}Controverses du cartésianisme (La querelle du vide)}}

Là où [[Blaise Pascal|Pascal]], certainement plus [[empirisme|empiriste]], croit que l'expérience tranche en faveur du vide à l'intérieur du tube renversé, [[René Descartes|Descartes]] (1596-1650) introduit la notion de ''materia subtilis'' qui, non perceptible, remplit le haut du tube, « matière imperceptible, inouïe et inconnue à tous les sens ». En face des ''vacuistes'' (du latin ''[[wikt:vacuum|vacuum]]'', vide), les ''plénistes'' n'ont pas baissé les bras. Peuvent être comptés parmi les ''plénistes'', à côté de penseurs qui admettent des concepts purs et indépendants de toute expérience sensible, de tradition cartésienne, des penseurs plus proches de l'aristotélisme, tel [[Thomas Hobbes]], qui très tôt est conscient que la perception a ses limites « de sorte que l'hypothèse d'une réalité inaccessible aux sens ne le heurte pas par principe et qu'il n'attaque pas la notion même de matière subtile dans ses travaux d'optique ; de plus, sa conception de la raison va dans le même sens, ne réputant radicalement impossible avant toute expérience que ce qui tombe dans l'absurdité logique et le verbalisme ». D'autres ''plénistes'' comme [[Étienne Noël]], [[Nicolas Malebranche]], [[Charles Cavendish (homme politique)|Charles Cavendisch]], avec Hobbes, donneront un avenir aux idées métaphysiques de Descartes<ref name="Bernhardt"/>.

Le problème de l'existence du vide était fort délicat en ce qu'il contrariait certains postulats fondamentaux des philosophies aristotélicienne et cartésienne. Par exemple [[Michelangelo Ricci]], mathématicien romain très au fait de l'étiquette et qui devait par ailleurs devenir cardinal, prévint [[Léopold de Médicis]], initiateur de l'[[Accademia del Cimento]] (héritière des deux grands savants des [[Maison de Médicis|Médicis]], Galilée et Torricelli), des attaques que pouvait encourir la discussion sur le vide dont les ''Saggi'' - sorte de livre illustré destiné aux membres de la communauté aristocratique et princière européenne, vitrine de la science des Médicis - s'étaient fait écho ; attaques qu'il percevait comme sérieusement embarrassantes en fonction même du mécénat princier dont bénéficiait l'Académie<ref>Biagioli Mario, Lodéon Sabine, Fabre Pierre-Antoine. Le prince et les savants : la civilité scientifique au {{s-|XVII}}. In: Annales. Histoire, Sciences Sociales. {{50e|année}}, N. 6, 1995. {{p.|1417-1453}}. [http://www.persee.fr/doc/ahess_0395-2649_1995_num_50_6_279439 Lire en ligne].</ref>.

[[Image:Lana airship.jpg|vignette|droite|Représentation de l'[[Aérostat à vide|aéronef à vide]] inventé par Lana.]]

L'idée d'une sorte de vessie remplie d'un matériau plus léger que l'air et pouvant emmener l'homme dans les airs était déjà dans les esprits au {{s-|XVII}}. En 1670 [[Francesco Lana de Terzi]], jésuite de Brescia, confiant dans la [[poussée d'Archimède]] appliquée à l'air, émet le projet de construction d'un navire à voiles et à rames qui devait voyager dans l'air. Ce navire aérien se composait de quatre sphères creuses de {{Unité|20|pieds}} de diamètre et qui devaient être complètement vides d'air. Mais la manière d'y produire le vide était défectueuse et l'exécution à peu près impossible, ils devaient être en cuivre et n'avoir environ qu'un dixième de millimètre d'épaisseur<ref>[[Jean-Chrétien-Ferdinand Hœfer]]. Histoire de la physique et de la chimie depuis les temps les plus reculés jusqu'à nos jours. Hachette, 1872. Hachette, 1872. [https://books.google.be/books?id=VGcSAAAAIAAJ Lire en ligne].</ref>. Dans une situation théoriquement parfaite, avec des sphères sans poids, un « [[Aérostat à vide|ballon à vide]] » serait 7 % plus léger qu'un ballon rempli d'hydrogène et 16 % plus léger qu'un hélium. Toutefois, étant donné que les parois du ballon doivent pouvoir rester rigides sans implosion, le ballon ne peut être construit avec aucun matériau connu. Cela n'était pas passé inaperçu pour Leibniz, Hooke et Borelli, en plus de l'impossibilité d'y faire le vide par le procédé indiqué par Lana. Malgré cela, il y a de nos jours encore matière à discussions sur le sujet<ref>Sean A. Barton. Department of Physics, Florida State University. Oct 2009. [https://arxiv.org/abs/physics/0610222 Stability Analysis of an Inflatable Vacuum Chamber] sur arxiv.org.</ref>.

=== Boyle vs Hobbes ===
{{...}}

[[Robert Boyle]] qui discourra avec [[Thomas Hobbes]] ne sera ni ''vacuiste'' ni ''pléniste''.

''[[An Experiment on a Bird in the Air Pump]]'', une peinture à l'huile de [[Joseph Wright of Derby]] en 1768, représente un savant, précurseur des scientifiques modernes, reproduisant une des expériences de Robert Boyle avec une [[pompe à air]], dans laquelle un [[oiseau]] est privé d'[[oxygène]] sous le regard d'une audience variée.

=== Le vide chez Newton ===
[[Isaac Newton]] (1643-1727) fut ''pléniste'' avant d’être ''vacuiste''.

Newton est d'abord aristotélicien avant d'être le critique de la philosophie et de la science cartésienne, puis de prendre rang dans l'histoire des sciences comme fondateur de la mécanique classique. Les premiers écrits de Newton portent la marque fidèle de l'enseignement encore très [[scolastique]] qui se délivrait dans l'Angleterre du début du {{s-|XVII}}. Ici, le mouvement n'est rien de plus que la célèbre [[entéléchie]], soit l'acte de ce qui est en puissance, impliquant, par ce fait même, un changement [[ontologique]] dans le corps mû. Le mouvement ainsi conçu requiert un agent qui meut. Si donc les projectiles continuent à se mouvoir tandis que leur moteur n'agit plus, c'est que le milieu traversé se substitue au moteur en son rôle de support du mouvement. Toutes les bases du Livre 4 de la [[Physique aristotélicienne]] sont fidèlement assumées, même l'idée selon laquelle le mouvement ne saurait se faire dans le vide.

Mais les lectures de [[Pierre Gassendi|Gassendi]], Boyle, Hobbes, [[Henry More]] et Descartes déclenchent progressivement la controverse<ref name="Biarnais">Biarnais Marie-Françoise. Les «Principia Mathematica» : défi aux «Principes» cartésiens ou réalité ?. In: Revue Philosophique de Louvain. Quatrième série, tome 86, {{n°|72}}, 1988. {{p.|440-466}}. [http://www.persee.fr/doc/phlou_0035-3841_1988_num_86_72_6519 Lire en ligne].</ref>. Dès le [[De Gravitatione]], vers 1665, l'intention de Newton se fait ambitieuse, il s'agit désormais d'établir sérieusement les fondements de la mécanique comme science, fondements que Descartes a manqués. Les hypothèses « philosophiques » sont rejetées comme moyen de fonder des concepts scientifiques. Newton établit par la suite la proportionnalité directe entre la force de gravitation des corps sur les planètes et leur quantité de matière, et, ''in fine'', la certitude du vide, de par l'universalité des déductions qu'elle autorise. Les trois Livres des [[Philosophiae naturalis principia mathematica]] sont consacrés, sur la base des définitions et lois du mouvement :
* le premier aux mouvements des corps, abstraction faite du milieu (air, eau{{etc.}}),
* le second aux mouvements des corps en des milieux résistants,
* le troisième aux mouvements des corps qui se déplacent en des milieux non-résistants.

Ceci permet d'établir, au troisième Livre, que les corps célestes, n'éprouvant aucune résistance de leur milieu, comme les observations astronomiques de l'époque l'attestent (celles de [[Nicolas Copernic]] (1473-1543), [[Johannes Kepler]] (1571-1630), [[Tycho Brahe]] (1546-1601){{etc.}}), et ne pouvant donc être mus par des tourbillons de « matière très subtile », doivent obéir à d'autres lois que celles fixées par Descartes. D'où le rejet de la [[théorie des tourbillons]], d'où la théorie de la [[gravitation universelle]] produisant un nouveau « système du monde »<ref name="Biarnais"/>. Toutefois, Newton considère que la force gravitationnelle se transmet à travers l'espace par le biais d'un [[éther (physique)|éther]], une sorte de substance dépourvue de propriété physique, emplissant l'espace et les corps.

=== Le vide et l'électromagnétisme ===
{{...}}

=== Chez Einstein ===
Avant les années 1920, [[Albert Einstein|Einstein]] ne s'est pas intéressé au vide, mais plutôt à l'[[éther (physique)|éther]] et aux raisons de son « inutilité » en physique. En l'absence d'éther, l'espace vide de matière est une notion présente dans l'[[électromagnétisme]] de [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] et en [[théorie de la relativité|relativité restreinte et générale]]. Dans cette dernière théorie, une partie de l'espace vide de toute matière a des propriétés de courbure précisées par l'[[équation d'Einstein]]. À partir des années 1920, Einstein met en doute l'existence d'un espace physique vide de toute matière et de ''[[champ (physique)|champ]]'' et avance l'idée de l'existence d'une sorte d'éther emplissant l'espace et tout juste conforme à la relativité générale. Il consacre l'annexe 5 de son livre ''Relativité - Théories spéciale et générale'' (''Relativity - The Special and the General Theory'', traduction de Robert Lawson, [[1961 en science|1961]]) à la ''relativité et'' [au] ''problème de l'espace''. Il y donne raison à [[René Descartes|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 {{9e|édition}} du livre : ''{{Citation|les objets physiques ne sont pas {{citation|dans l'espace}}, mais ces objets ont une {{citation|étendue spatiale}}. De la sorte, le concept d' « espace vide » perd son sens. }}''<ref>[http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/physique/d/introduction-a-la-physique-quantique_188/c3/221/p5/ Introduction à la physique quantique], sur Futura science.</ref>.

{{Ancre|Vide (relativité générale)}}Le {{terme défini|vide}} est, en [[relativité générale]], une région de l'[[espace-temps]] dans laquelle le [[tenseur énergie-impulsion]] s'annule <math>\left(T_{\mu \nu}=0\right)</math>{{sfn|Gunzig|Diner|1998|p=128-129}}{{,}}{{sfn|Hobson|Efstathiou|Lasenby|2009|loc={{chap.|8}}, {{§|8.5}}|p=181}}{{,}}{{sfn|Penrose|2007|loc={{chap.|19}}, {{§|19.6}}|p=447}}{{,}}{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}Einstein (équations d')|p=250, {{col.|1}}}} et, en l'absence de [[constante cosmologique]] <math>\left(\Lambda=0\right)</math>{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}Einstein (équations d')|p=250, {{col.|1}}}}, l'équation du champ gravitationnel se réduit à <math>R_{\mu \nu}=0</math>, où <math>R_{\mu \nu}</math> est le [[tenseur de Ricci]]{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}Einstein (équations d')|p=250, {{col.|1}}}}.

=== Physique quantique et vide ===
{{Article connexe|Vide quantique|Énergie du vide}}
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 [[Particule élémentaire|particule]]s et de leurs [[antiparticule]]s associées. Ces particules, qui s'annihilent presque immédiatement après leur création, sont dites ''[[particule virtuelle|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 {{citation|fluctuations quantiques du vide}}. Dans ce cadre, il devient possible de discuter de l'[[énergie du vide]]. En effet, il se peut que le vide soit [[Polarisation du vide|polarisé]], c’est-à-dire que les particules et les [[antiparticule]]s deviennent pérennes et non éphémères comme les particules virtuelles. Cette polarisation se produit lorsque le vide reçoit un [[champ magnétique]].

== Chronologie des techniques du vide ==
* 1644 : découverte de la notion physique du vide par [[Evangelista Torricelli|Torricelli]].
* 1646 : [[Blaise Pascal|Pascal]] confirme et affine cette théorie.
* 1654 : [[Otto von Guericke]] fabrique la première [[pompe à vide]]. Expérience des [[hémisphères de Magdebourg]]
* 1855 : [[Heinrich Geissler]] fabrique la première pompe à vide à déplacement de mercure. Le vide obtenu est proche de {{unité|0.1|Torr}} (= {{unité|0.1|[[millimètre de mercure|mmHg]]}} ou {{unité|0.133|[[bar (unité)|mbar]]}}).
* 1865 : [[Hermann Johann Philipp Sprengel|Sprengel]] invente la [[trompe à mercure]].
* 1905 : {{lien|lang=de|Wolfgang Gaede}} crée la [[pompe à vide rotative à mercure]].
* 1910 : Gaede invente la [[pompe à palettes]] (principe inchangé de nos jours).
* 1913 : Gaede invente la [[pompe turbomoléculaire]], puis, dans la foulée, la [[pompe à diffusion]], qui sera perfectionnée par la suite par [[Irving Langmuir|Langmuir]].

== 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 à vide qui sont primordiales. Pour décrire la qualité du vide, on distingue cinq 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 (unité)|pascal]], symbolisé Pa, est l’unité du [[Système international d'unités|Système international]] ;
* le [[millibar]], symbolisé mbar ; {{unité|1|mbar}} = {{unité/2|100|Pa}} ;
* le [[torr]], symbolisé Torr, conventionnellement fixée à 133,322 pascals.

Le tableau suivant classe les différents domaines de vide selon la norme internationale ISO 3529-1<ref name=ISO35291-1>[https://www.iso.org/obp/ui#iso:std:iso:3529:-1:ed-2:v1:en ISO 3529-1:2019(en) Vacuum technology — Vocabulary — Part 1: General terms].</ref>.

{| class="wikitable"
|-
! Domaine de vide !! Nom et sigle en anglais<ref name=ISO35291-1/> !! Pression en Pa<ref name=ISO35291-1/> !! Molécules par cm{{3}} !! Libre parcours moyen d'une molécule !! Matériaux utilisés lors de la création du vide<ref name=ISO35291-1/> !! Pompes utilisées pour la création du vide<ref name=ISO35291-1/> !! Utilisations<ref>Hans Jörg Mathieu, Erich Bergmann, René Gras, Traité des matériaux, tome 4 : Analyse et technologie des surfaces : Couches minces et tribologie, PPUR, 2003.</ref>
|-
| Vide grossier ou vide industriel || Low (rough) vacuum || Pression atmosphérique - 100 || 10{{exp|19}} - 10{{exp|16}} || 0,1 - {{unité|100|μm}} || Simples, tel que l'acier ordinaire || Volumétriques || [[Emballage]] ([[sac sous vide]]), [[séchage]], [[moulage sous vide|moulage]]
|-
| Vide fin ou vide primaire<ref name=primaire group=alpha>Les termes de ''vide primaire'' et ''vide secondaire'' proviennent du fait que pour obtenir un vide poussé on doit utiliser deux pompes à vide (de conceptions différentes) disposées en série : une première (''pompe primaire'') puis une seconde (''pompe secondaire'') qui achève de raréfier le gaz issu de la première.</ref> || Medium (fine) vacuum || 100 – 0,1 || 10{{exp|16}} - 10{{exp|13}} || 0,1 – {{unité|100|mm}} || Élaborés tel que l'acier inoxydable || Volumétriques || [[Dépôt chimique en phase vapeur]] (CVD)
|-
| Vide poussé, haut vide ou vide secondaire<ref name=primaire group=alpha/>|| High vacuum (HV) || 0,1 - 10{{exp|-6}} || 10{{exp|13}} - 10{{exp|9}} || {{unité|10|cm}} - {{unité|1|km}} || Élaborés tel que l'acier inoxydable || A vide poussé avec des joints en élastomère || [[Dépôt physique par phase vapeur]] (PVD)
|-
| [[Ultravide]] || Ultra-high vacuum (UHV) || 10{{exp|-6}} - 10{{exp|-9}} || 10{{exp|9}} - 10{{exp|4}} || {{unité|1|km}} - 10{{exp|5}} km || Élaborés tels que l'acier inoxydable à faible teneur en carbone avec des préparations de surface spéciales || A vide poussé avec des joints métalliques || Faisceaux ioniques
|-
| Ultra-ultravide || Extreme-high vacuum (XHV) || <10{{exp|-9}} || <10{{exp|4}} || >10{{exp|5}} km || Sophistiqués tels que l'acier inoxydable à faible teneur en carbone, l'aluminium, le cuivre-béryllium et le titane cuits sous vide et avec préparations de surface spéciales || Sophistiquées avec joints métalliques ||
|}

== Propriétés physiques ==
'''[[Perméabilité magnétique]] du vide μ{{ind|0}}'''{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}perméabilité magnétique du vide|p=556}}
:μ{{ind|0}}≡ 4π {{nb|e-7 kg m A-2 s-2}} (ou {{nb|H/m}})

'''[[Conductance électrique]] du vide''' :
:''G''{{ind|0}} = 1/{{nb|119,9169832}} π S ≈ {{nb|2,65441872943807 e-3 A2 s3 kg-1 m-2}} =1/(μ{{ind|0}}c)

'''[[Permittivité|Permittivité diélectrique]] du vide ε{{ind|0}}'''{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}permittivité diélectrique du vide|p=557, {{col.|1}}}}

:ε{{ind|0}}= 1/{{nb|35950207149}} π F/m ≈ {{nb|8,85418781762039 e-12 A2 s4 kg-1 m3}} ≡ 1/(μ{{ind|0}}c{{2}})

'''[[Impédance caractéristique du vide]]'''{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}impédance caractéristique du vide|p=378, {{col.|2}}}}
:''Z''{{ind|0}} = {{nb|119,9169832}} π Ω ≈ {{nb|376,73031346177068 kg m2 A-2 s-3}} ≡ μ{{ind|0}}c

== Applications ==
=== Usages divers ===
{{...}}

* [[Pompe à bras]]

=== Applications industrielles ===
{{Article connexe|Technologie du vide}}

La première utilisation répandue du vide a été la [[lampe à incandescence]], utilisée pour protéger le [[Filament (lampe)|filament]] de la dégradation chimique. L'inertie chimique produite par un vide est également utile pour le [[soudage par faisceau d'électrons]], le [[Soudure à froid|soudage à froid]], l'[[Sac sous vide|emballage sous vide]] et la [[Friteuse sous vide|friture sous vide]]. L'[[ultravide]] est utilisé dans l'étude des [[substrat atomiquement propre|substrats atomiquement propres]], puisque seul un très bon vide conserve les surfaces propres à l'échelle atomique pour une période assez longue (de l'ordre de la minute à plusieurs jours). Le haut-vide et l'ultra-vide suppriment l'obstruction de l'air, ce qui permet à des faisceaux de particules de déposer ou d'enlever des matériaux sans contamination. Cela est le principe du [[dépôt chimique en phase vapeur]], du [[dépôt physique par phase vapeur]] et de la [[gravure sèche]], qui sont essentiels pour la [[fabrication des dispositifs à semi-conducteurs]] et des {{lien|trad=optical coating|fr=revêtement optique|texte=revêtements optiques}} et dans la [[science des surfaces]].

La diminution de convection dans le vide fournit l'isolation thermique des [[bouteille isotherme|bouteilles isothermes (thermos)]]. Le vide profond abaisse le [[point d'ébullition]] des liquides et favorise le [[dégazage (chimie)|dégazage]] à basse température, qui est utilisé dans la [[lyophilisation]], la préparation d'[[colle|adhésifs]], la [[distillation]], la [[métallurgie]] et les procédés de purge. Les propriétés électriques du vide rendent possibles les [[microscope électronique|microscopes électroniques]], les [[tube à vide|tubes à vide]] et les [[Tube cathodique|tubes à rayons cathodiques]]. Les interrupteurs à vide ({{lien|Vacuum interrupter}}) sont utilisés dans un [[appareil électrique|appareillage électrique]]. La refusion à l'[[arc sous vide]] est industriellement importante pour la production de certaines qualités de matériaux en acier de pureté élevée. L'élimination du frottement de l'air est utile pour le [[Volant d'inertie#Stockage d'énergie|stockage d'énergie par volant d'inertie]] et les [[Ultracentrifugation|ultracentrifugeuses]].

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références| groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{catégorie principale|Vide}}
=== Bibliographie ===
* {{Ouvrage | langue=fr | prénom1={{abréviation discrète|E.|Edgard}} | nom1=Gunzig | lien auteur1=Edgard Gunzig | prénom2={{abréviation discrète|S.|Simon}} | nom2=Diner | responsabilité2={{abréviation discrète|éd.|éditeur(s) et/ou éditrice(s) scientifique(s)}} | titre=Le vide | sous-titre=univers du tout et du rien | lieu=Bruxelles | éditeur=[[Éditions Complexe|Complexe]] | mois={{date-|décembre|compact=oui}} | année=1998 | numéro d'édition=1 | pages totales={{unité|1|{{abréviation discrète|vol.|volume(s)}}}}, 524 | format={{abréviation discrète|ill.|illustration(s)}} et {{abréviation discrète|fig.|figure(s)}}, {{dunité|16|24|cm}} | isbn1=2-87027-736-9 | ean=9782870277362 | oclc=406322335 | bnf=369730885 | sudoc=011027584 | lire en ligne={{Google Livres|id=VGw9AQAAIAAJ}} | consulté le=19 décembre 2019 | libellé=Gunzig et Diner 1998}}.
* {{Ouvrage | langue=fr | prénom1={{abréviation discrète|M. P.|Michael Paul}} | nom1=Hobson | prénom2={{abréviation discrète|G. P.|George Petros}} | nom2=Efstathiou | prénom3={{abréviation discrète|A. N.|Anthony N.}} | nom3=Lasenby | traduction=de l'{{abréviation discrète|angl. amér.|anglais américain}} par {{nobr|{{abréviation discrète|L.|Loïc}} Villain}} | champ libre={{abréviation discrète|rév.|révision scientifique}} par {{nobr|{{abréviation discrète|R.|Richard}} Taillet}} | titre=Relativité générale | titre original={{langue|en|texte=General relativity : an introduction for physicists}} | lieu=Bruxelles | éditeur=[[Groupe De Boeck|De Boeck {{abréviation discrète|Univ.|Université}}]], hors {{coll.}}, {{sér.|{{abréviation discrète|phys.|physique}}}} | mois={{date-|décembre|compact=oui}} | année=2009 | numéro d'édition=1 | pages totales={{unité|1|{{abréviation discrète|vol.|volume(s)}}}}, {{XX}}-554 | format={{abréviation discrète|ill.|illustration(s)}}, {{dunité|21,6|27,5|cm}} | isbn10=2-8041-0126-6 | isbn1=978-2-8041-0126-8 | ean=9782804101268 | oclc=690272413 | bnf=421421742 | sudoc=140535705 | présentation en ligne=https://www.deboecksuperieur.com/ouvrage/9782804101268-relativite-generale | lire en ligne={{Google Livres|id=0EDTUmS9ShYC}} | consulté le=19 décembre 2019 | libellé=Hobson, Efstathiou et Lasenby 2009}}.
* {{Ouvrage | langue=fr | prénom={{abréviation discrète|R.|Roger}} | nom=Penrose | lien auteur=Roger Penrose | traduction=de l'{{abréviation discrète|angl.|anglais}} par {{nobr|{{abréviation discrète|C.|Céline}} Laroche}} | titre=À la découverte des lois de l'Univers | sous-titre=la prodigieuse histoire des mathématiques et de la physique | titre original={{langue|en|texte=The road to reality : a complete guide to the laws of the Universe}} | lieu=Paris | éditeur=[[Éditions Odile Jacob|O. Jacob]] | collection={{abréviation discrète|Scie.|Sciences}} | mois=août | année=2007 | numéro d'édition=1 | pages totales={{unité|1|{{abréviation discrète|vol.|volume(s)}}}}, {{XXII}}-1061 | format={{abréviation discrète|ill.|illustration(s)}} et {{abréviation discrète|fig.|figure(s)}}, {{dunité|15,5|24|cm}} | isbn10=2-7381-1840-2 | isbn1=978-2-7381-1840-0 | ean=9782738118400 | oclc=209307388 | bnf=41131526q | sudoc=118177311 | présentation en ligne=https://www.odilejacob.fr/catalogue/sciences/astronomie-astrophysique-cosmologie/a-la-decouverte-des-lois-de-l-univers_9782738118400.php | lire en ligne={{Google Livres|?id=E1k-SRvzrM8C}} | consulté le=19 décembre 2019 | libellé=Penrose 2007}}.
* {{Ouvrage | langue=fr | prénom1={{abréviation discrète|R.|Richard}} | nom1=Taillet | prénom2={{abréviation discrète|L.|Loïc}} | nom2=Villain | prénom3={{abréviation discrète|P.|Pascal}} | nom3=Febvre | titre=Dictionnaire de physique | lieu=Louvain-la-Neuve | éditeur=[[Groupe De Boeck|De Boeck {{abréviation discrète|Sup.|Supérieur}}]], hors {{coll.}}, {{sér.|{{abréviation discrète|scie.|sciences}}}} | mois={{date-|janvier|compact=oui}} | année=2018 | numéro d'édition=4 | année première édition={{date-|mai 2008}} | pages totales={{unité|1|{{abréviation discrète|vol.|volume(s)}}}}, {{X}}-956 | format={{abréviation discrète|ill.|illustration(s)}} et {{abréviation discrète|fig.|figure(s)}}, {{dunité|17|24|cm}} | isbn10=2-8073-0744-2 | isbn1=978-2-8073-0744-5 | ean=9782807307445 | oclc=1022951339 | bnf= | sudoc=224228161 | présentation en ligne=https://www.deboecksuperieur.com/ouvrage/9782807307445-dictionnaire-de-physique | lire en ligne={{Google Livres|id=pjlFDwAAQBAJ}} | consulté le=19 décembre 2019 | libellé=Taillet, Villain et Febvre 2018}}.
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Trinh Xuan Thuan |titre=La Plénitude du Vide |lieu=Paris |éditeur=[[Éditions Albin Michel|Albin Michel]] |année=2016 |pages totales=341 |isbn=978-2-226-32642-3 |id=Thuan2016}}.

=== Articles connexes ===
* [[Hémisphères de Magdebourg]]
* [[Ultra-vide]]

=== Liens externes ===
* {{bases}}
* {{Dictionnaires}}
* {{Autorité| SUDOC=035047038}}

{{Portail|physique|sciences}}

[[Catégorie:Vide]]