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phase

(grec phasis, de phainein, faire paraître)

Diagramme de phases [1]
Diagramme de phases [1]

MATHÉMATIQUES

L'espace des phases est un espace mathématique abstrait permettant de représenter de façon précise l'état d'un système dynamique.

Pour un système de deux particules dont le mouvement est restreint à une droite, l'espace des phases est à quatre dimensions : deux dimensions pour la position et la vitesse de la première particule, deux autres pour la deuxième particule. À un instant donné, l'état du système est représenté par un point dans l'espace des phases. Au cours du temps, ce point représentatif décrit une courbe, ou trajectoire dans l'espace des phases.

MÉTALLURGIE

Les diagrammes de phases des alliages binaires permettent de connaître, à pression donnée, les domaines de température et de concentration où l'alliage est solide ou liquide. Le cas le plus simple de diagramme binaire est celui où les constituants A et B sont solubles en toutes proportions à la fois dans la phase solide et dans la phase liquide.

Le diagramme comporte un fuseau délimité par deux courbes, lieu des températures de début de fusion (solidus) et de fin de fusion (liquidus) [figure 1]. À l'intérieur de ce fuseau coexistent donc deux phases, liquide et solide, de composition chimique variant continûment avec la température. Le plus généralement, les diagrammes de phases présentent deux fuseaux distincts partant des points de fusion des deux corps purs A et B. Deux cas se présentent :

– dans le diagramme à transformation eutectique (figure 2), les deux fuseaux de solidification issus des points de fusion de A et de B aboutissent à un palier, dit « eutectique », situé à une température plus basse que TA et TB ; sur ce palier, il y a coexistence de 3 phases (1 phase liquide, 2 phases solides) ;

– dans le diagramme à transformation péritectique (figure 3), les deux fuseaux de solidification aboutissent à un palier situé à une température intermédiaire entre TA et TB, où il y a de même coexistence de 3 phases (1 phase liquide, 2 phases solides).

En réalité, la plupart des diagrammes binaires présentent plusieurs transformations du type eutectique ou péritectique. On observe alors la formation complémentaire de phases de type particulier : les solutions solides intermédiaires et les composés définis. Les diagrammes de phases sont très utilisés en métallurgie.

PHYSIQUE

La variation d'une grandeur sinusoïdale x d'amplitude a, en fonction du temps, est donnée par l'équation x = a cos (ωt + α). Deux grandeurs sinusoïdales de même pulsation ont des phases qui diffèrent d'une quantité indépendante du temps, la différence de phase. La somme de ces grandeurs est une grandeur sinusoïdale de même pulsation, d'amplitude maximale si la différence de phase est nulle (ou multiple de 2 π), d'amplitude minimale si elle vaut π (ou un multiple de π). Ce phénomène est à l'origine des interférences.

En électricité, on emploie des systèmes triphasés constitués par trois grandeurs (tensions ou courants) dont les valeurs instantanées présentent des différences de phases successives de 2π/3.

THERMODYNAMIQUE

Un corps pur peut exister sous différentes phases : solide, liquide, gaz. Lors de la fusion, par exemple, un corps est présent à la fois sous sa forme liquide et sous sa forme solide ; on dit alors que les deux phases, liquide et solide, coexistent. Un corps à l'état solide peut présenter deux ou plusieurs phases solides distinctes (ou allotropiques). Un mélange de liquides peut être constitué d'une ou de plusieurs phases suivant que les différents constituants sont miscibles ou non. Dans le cas d'un corps pur (figure 4), le diagramme de phases délimite, en fonction de la pression et de la température, les régions dans lesquelles ne peut exister qu'une seule phase. Pour toute valeur des paramètres thermodynamiques définissant l'état d'un système, on peut déterminer la phase stable de ce dernier.

Pour en savoir plus, voir les articles état, transition de phase.