Conversion de 20 Gigapascals en Nanopascals

Informations sur le Gigapascal (GPa)

Le gigapascal est une unité de pression valant un milliard de pascals, noté GPa. C’est mille mégapascals et dix mille bars. C’est l’unité dans laquelle la science des matériaux exprime la rigidité et non la résistance, et dans laquelle se décrivent les pressions à l’intérieur des planètes et dans les laboratoires de haute pression.

Le module d’élasticité en est l’usage principal. L’acier a un module de Young d’environ 200 gigapascals, le cuivre 117, l’aluminium 70, le verre ordinaire 70, le béton autour de 30, le bois dans le fil de 10 à 15, et le caoutchouc moins d’un dixième de un. Ces chiffres décrivent de combien un matériau s’allonge sous charge, non le moment où il rompt, et ils expliquent pourquoi une poutre d’acier de même résistance qu’une poutre d’aluminium fléchit moins.

Le diamant marque le sommet de l’échelle ordinaire. Son module d’environ 1200 gigapascals est le plus élevé de tout matériau naturel, et c’est pourquoi on en fait des enclumes pour le travail à haute pression : rien d’autre ne peut pousser aussi fort sans se déformer d’abord. Le diamant de synthèse se fabrique industriellement vers cinq gigapascals et à haute température, dans des presses construites exprès pour tenir cette pression.

L’intérieur de la Terre se décrit dans la même unité. La pression à la base de la croûte avoisine un gigapascal, à la limite entre manteau et noyau environ 136, et au centre de la planète quelque 360. Les cellules à enclumes de diamant atteignent et dépassent aujourd’hui la valeur centrale, ce qui permet d’étudier directement le comportement du fer et des silicates dans les conditions planétaires plutôt que de l’inférer.

Par contraste, le point le plus profond de l’océan n’exerce qu’environ 0,11 gigapascal. Cette comparaison mérite d’être gardée, car elle montre combien les pressions géologiques dépassent tout ce qui touche à l’eau : le fond de la fosse des Mariannes vaut un millième de la pression au centre de la Terre.

Sous le gigapascal, le mégapascal décrit la résistance ; au-dessus, il ne reste guère que la physique stellaire et théorique. Le térapascal paraît surtout dans le module d’élasticité des nanotubes de carbone et à l’intérieur des planètes géantes : le gigapascal est donc en pratique le plafond de la plage où travaillent laboratoires et ingénieurs.

Un gigapascal équivaut à 1 000 000 000 de pascals, à 1000 mégapascals, à 10 000 bars ou à environ 145 000 livres par pouce carré.

Informations sur le Nanopascal (nPa)

Le nanopascal est une unité de pression valant un milliardième de pascal. Son symbole est nPa. Il marque l’extrémité lointaine de l’échelle des pressions, la région où l’idée de pression comme poussée sur une surface cesse de servir et devient une affirmation sur le petit nombre de particules présentes.

Le domicile le plus net de l’unité est le vide extrême. Le vide ordinaire de laboratoire atteint les millipascals ; l’ultravide, employé par la physique des surfaces et par les tubes de faisceau des accélérateurs de particules, atteint les micropascals. En dessous s’étend le vide extrême, en nanopascals et moins, et y parvenir exige une enceinte étanche, des heures d’étuvage à deux cents degrés pour chasser le gaz du métal lui-même, et des pompes qui piègent les molécules au lieu de les pousser.

À ces pressions une enceinte n’est pas vide. Un nanopascal contient encore environ un quart de million de molécules par centimètre cube, ce qui paraît énorme jusqu’à ce qu’on le compare aux vingt-cinq milliards de milliards contenues dans le même volume d’air d’une pièce. Ce qui compte n’est pas le nombre mais le libre parcours moyen : une molécule voyage désormais des milliers de kilomètres avant d’en heurter une autre, si bien qu’elle frappe les parois bien avant de rencontrer une voisine.

C’est précisément là le but. La science des surfaces exige qu’un échantillon reste propre pendant toute la durée d’une expérience, et aux pressions ordinaires une surface fraîche se couvre d’une couche de gaz adsorbé en une nanoseconde environ. À un nanopascal, la même surface reste propre pendant des jours. Le vide n’est pas là pour ôter de l’air mais pour acheter du temps.

L’espace fournit la comparaison naturelle. L’orbite terrestre basse avoisine le micropascal, encore assez dense pour que l’atmosphère freine les satellites et finisse par les faire retomber. L’espace interplanétaire se compte en nanopascals. L’espace interstellaire est bien plus bas encore, autour du femtopascal, qu’aucune pompe terrestre n’a jamais égalé : les meilleurs vides de laboratoire restent plus denses que l’espace entre les étoiles.

La pression de rayonnement tombe dans un domaine voisin. La lumière du Soleil sur une surface parfaitement absorbante, à la distance de la Terre, exerce environ 4,5 micropascals, et à la distance des planètes extérieures elle descend aux nanopascals. Les voiles solaires travaillent avec ces chiffres, et c’est pourquoi elles doivent être immenses et légères pour rassembler une force utilisable.

Un nanopascal équivaut à 0,000000001 pascal, à 0,001 micropascal, à 1 000 picopascals ou à environ 0,000000000000145 livre par pouce carré.