Cavitation dans l'helium 3 : un liquide de fermi a pression negative

par FREDERIC CAUPIN

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de SEBASTIEN BALIBAR.

Soutenue en 2001

à Paris 6 .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    En focalisant une onde sonore intense dans un liquide ultra-pur, nous avons etudie la cavitation homogene, c'est-a-dire la depression limite au dela de laquelle ce liquide devient intrinsequement instable au profit de sa vapeur. Il existe deux liquides particulierement purs, parce qu'ils sont plus froids que tous les autres, l'helium 4 et l'helium 3. Les proprietes de ces deux liquides sont si bien connues que la theorie a permis de calculer les limites spinodales pres desquelles la cavitation doit avoir lieu : 9,5 bar pour l'helium 4 et 3,1 bar pour l'helium 3. Grace a une etude en pression, nous avons montre que la cavitation avait bien lieu dans l'helium 4 entre 8 et 10,5 bar et dans l'helium 3 entre 2,4 et 2,9 bar. Par ailleurs, une etude precedente avait montre que, dans l'helium 4, il existe une transition entre un regime classique (ou la cavitation est aleatoire et depend de la temperature ; en effet, la nucleation des bulles resulte du passage au dessus d'une barriere d'energie sous l'effet des fluctuations thermiques) et un regime quantique (ou la nucleation a lieu par effet tunnel a travers la barriere). En realisant pour la premiere fois les mesures sur l'helium 3, nous avons decouvert qu'il n'existait pas de transition vers un regime de cavitation quantique a la temperature prevue ; au contraire la pression de cavitation devient brusquement plus negative a 40 mk. Nous avons alors propose l'interpretation suivante : a basse temperature, l'helium 3 est un liquide de fermi ou seule l'energie des fluctuations de grande longueur d'onde diminue lorsqu'on s'approche de la limite spinodale ; celle des fluctuations de courte longueur d'onde reste elevee en raison de l'existence d'une rigidite quantique responsable du son zero. Pour que la nucleation des bulles ait lieu a basse temperature, il faut donc amener l'helium 3 beaucoup plus pres de sa limite spinodale qu'on ne le croyait jusqu'a present, afin que la taille du germe critique soit grande.


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Informations

  • Détails : 160 p.
  • Annexes : 106 ref.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : PMC RT P6 2001
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