L’or défie les lois physiques et aurait dû fondre instantanément à 19 000 K !

Des chercheurs ont récemment observé un phénomène étonnant : l’or, soumis à des températures extrêmes bien supérieures à son point de fusion habituel, conserve temporairement sa structure solide. Cette découverte, publiée dans la revue Nature, pourrait changer notre compréhension du comportement de la matière dans des conditions extrêmes.

Une expérience à la frontière de l’impossible

Traditionnellement, lorsqu’un matériau atteint son point de fusion, il passe rapidement à l’état liquide. Cependant, dans des conditions très particulières, il est possible de surchauffer un solide, c’est-à-dire de l’élever à une température supérieure à son point de fusion sans qu’il ne fonde immédiatement. Ce phénomène, bien que théoriquement connu, n’avait jamais été observé à un tel degré.

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Pour obtenir ces résultats, une équipe internationale de scientifiques a utilisé des impulsions laser ultra-brèves et extrêmement puissantes pour chauffer des fragments d’or à des températures vertigineuses. L’objectif est de franchir une limite appelée la « catastrophe entropique », point théorique au-delà duquel un solide ne devrait plus pouvoir exister à cause de l’agitation thermique trop intense.

Selon les modèles classiques, cette limite est atteinte à environ trois fois la température de fusion d’un matériau. Pourtant, les scientifiques ont réussi à chauffer de l’or jusqu’à 14 fois cette limite sans qu’il ne se liquéfie immédiatement. En utilisant une méthode innovante de mesure de l’énergie thermique par réflexion de rayons X, ils ont constaté que l’or restait solide même à 18 700 °C pendant plus de 2 picosecondes (une picoseconde équivaut à un trillionième de seconde).

Une structure solide au seuil de l’extrême

Aussi contre-intuitif que cela puisse paraître, ces observations ne contredisent pas les lois de la thermodynamique. Elles montrent simplement que, sous certaines conditions, les réactions physiques peuvent être trop rapides pour que ces lois s’appliquent pleinement. Pendant un court instant, les atomes de l’or semblent piégés dans leur structure, empêchant l’énergie thermique de provoquer une fusion immédiate.

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« Nos mesures dépassent non seulement les limites théoriques connues de la catastrophe entropique, mais indiquent également que le seuil de surchauffe pourrait être bien plus élevé qu’on ne le croyait », écrivent les auteurs de l’étude. Ce constat suggère que notre compréhension de la stabilité des solides dans des conditions extrêmes mérite d’être profondément révisée.

Les implications de cette découverte vont bien au-delà du simple cas de l’or. Si d’autres matériaux réagissent de façon similaire lorsqu’ils sont chauffés à des vitesses fulgurantes, cela pourrait avoir un impact sur plusieurs disciplines scientifiques. On pense notamment aux environnements soumis à des échauffements ultrarapides, comme lors des collisions cosmiques ou dans les réacteurs nucléaires.

Des applications dans des domaines variés

Pour les physiciens, cette étude ouvre la voie à une exploration plus poussée du phénomène de surchauffe et de la catastrophe entropique. Comme l’explique Thomas White, chercheur à l’université du Nevada, « nous pensions avoir défini cette limite dans les années 1980, mais il semble que la question reste ouverte ». Autrement dit, la température maximale à laquelle un matériau peut résister sans fondre demeure un mystère partiellement résolu.

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Ces résultats pourraient conduire à un bouleversement des manuels de physique, notamment en ce qui concerne les conditions dans lesquelles un solide cesse d’exister. Si certains matériaux sont capables de résister à des températures beaucoup plus élevées que prévu, au moins pendant un court instant, cela signifie que les concepts de point de fusion et de stabilité thermique doivent être repensés.

Les chercheurs comptent désormais élargir leurs expériences à d’autres matériaux afin de déterminer si l’or est une exception ou un indicateur d’un phénomène universel. Il se pourrait bien que, dans des conditions extrêmes, les règles habituelles de la matière cèdent la place à des comportements totalement inédits. Par ailleurs, ce projet fou pourrait transformer chaque centrale en fabrique à lingots d’or.