The3-2 - Machine de Cailletet
Fonction
Faire varier, fixer et mesurer les paramètres d'état d'un fluide (pression p, température T), tout en permettant son examen visuel (observer l'existence de deux phases liquide-gaz ou d'une seule phase). Permettre ainsi le tracé d'isothermes, et réaliser le « contournement du point critique ».
Description
Le tube T en verre épais contient du dioxyde de carbone (CO2). Il est entouré d'un manchon dans lequel on place de l'eau à la température que l'on veut imposer au dioxyde de carbone. Au moyen d'une pompe L, on injecte de l'eau au-dessus du mercure qui est refoulé dans le tube T et comprime le dioxyde de carbone. On peut atteindre des pressions de plusieurs centaines d'atmosphères. Un piston plongeur V' permet de mieux ajuster la pression mesurée par le manomètre K. Un robinet V permet la décompression contrôlée.
On peut partir d'un état diphasé avec un peu de CO2 liquide (phase la plus dense) et par élévation de température faire disparaître le liquide (vaporisation). Par variation de p et de T on peut faire évoluer cette phase restante appelée « gaz », en la maintenant homogène et l'amener dans un état tel qu'une détente fasse apparaître une bulle dans la partie supérieure du tube. S'il est toujours convenu d'appeler liquide la plus dense des deux phases en équilibre on doit admettre que le gaz de départ est devenu liquide sans qu'on s'en aperçoive (pas de passage par un état diphasé). C'est ce qu'on appelle « passage continu de l'état gazeux à l'état liquide par contournement du point critique ». Selon son état (p, T) le fluide peut donc donner lieu soit à une liquéfaction soit à une vaporisation.
Histoire
C'est le physicien irlandais Thomas Andrews (1813-1885) qui mit en évidence, le premier en 1869, l'existence du point critique. Ses travaux furent confirmés en 1877 par le savant suisse Raoul Pictet (1846-1929).
S'appuyant sur la notion de température critique, Louis Paul Cailletet (1832-1913), physicien et industriel français, sorti de l'École des Mines, réussit en 1892 à observer la liquéfaction de l'oxygène, de l'azote, gaz dits permanents car on croyait qu'ils n'étaient pas liquéfiables par compression. Le dernier des « gaz permanents », l'hélium, fut liquéfié en 1908 par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) qui créa en 1882 le laboratoire cryogénique de Leyde, étudia l'opalescence critique et découvrit la supraconductivité.
Cailletet s'occupa également de métallurgie, étudia la diffusion de l'hydrogène, la dissociation des gaz ...
