La magie des superfluides

Aujourd’hui, j’ai envie de vous parler des superfluides, qui sont aux liquides ce que Superman est aux humains.

Ce n’est pas vraiment un post sur l’actualité, puisque leur découverte date de 1937. Des physiciens de l’époque se sont dits que ce serait amusant de voir jusqu’où on pouvait refroidir l’hélium liquide. Et là, en dessous de 2,18 Kelvin (à peu près -271°C), il s’est passé quelque chose d’inattendu… Le liquide a brusquement changé d’état, comme lorsque l’on passe de solide à liquide. Il est donc passé de liquide à « superfluide ». Pour se la péter en soirée, ce point de passage s’appelle le « Point Lambda ».

Pour résumer, on peut voir un superfluide comme un liquide à viscosité nulle. La viscosité caractérise à quel point le liquide « frotte » avec son entourage. Si elle nulle, cela veut dire qu’absolument aucune force ne s’oppose à l’écoulement du liquide dans un tube par exemple, ou à la conduction de la chaleur dans le liquide.

Quand notre hélium de 1937 est devenu superfluide, ça s’est vite vu. Il s’est calmé d’un seul coup (pas de bulles, surface plate), et a commencé à couler à travers le pot qui le contenait. En fait il ne traverse pas la matière par magie, mais un bête pot de laboratoire est beaucoup trop poreux pour contenir un superfluide, il faut un récipient bien plus serré pour le garder en place.

Deuxième surprise si on change le récipient contre un plus sérieux : le superfluide sort par le haut ! En voilà un qui n’a pas volé son nom. En fait le phénomène à l’œuvre est bien connu : c’est la capillarité. Quand vous trempez un morceau de sucre dans votre tasse de café, c’est la même force qui fait remonter le liquide dans le sucre (cf. Jamie dans un certain épisode de Bref). L’absence de viscosité permet à la capillarité de devenir plus forte que la gravitation et les frottements réunis, et donc votre superfluide peut escalader la paroi !

Voilà une petite vidéo pour voir ces effets, les adeptes des films de Frankenstein apprécieront les images d’archive :

Cliquer ici pour voir la vidéo.

Allez un dernier « cool superfluid fact », et je vous laisse explorer le web à la recherche de la suite : si on fait passer un rayon de lumière dans un certain superfluide, sa vitesse ralentit de ses 300 000 km/s habituels (dans le vide) à seulement… 61,2 km/h ! Vous pouvez doubler un rayon de lumière avec votre voiture !