Conversion de Atmosphères en Gigapascals

Informations sur le Atmosphère (atm)

L’atmosphère est une unité de pression définie comme valant exactement 101 325 pascals. Son symbole est atm. Ce n’est pas une mesure de l’air en un lieu ni à un instant particuliers, mais une valeur de référence fixe, choisie en 1954 par la Conférence générale des poids et mesures pour se tenir près de la pression moyenne au niveau de la mer aux latitudes tempérées.

Son utilité est de transformer une pression en un rapport. Dire qu’un récipient contient du gaz à six atmosphères dit aussitôt que la pression intérieure vaut six fois celle du dehors, et c’est ce fait qui détermine si un récipient éclatera, combien de gaz il contient et à quelle vitesse il se videra. Aucune autre unité de pression ne porte ce sens dans le chiffre lui-même.

La chimie a bâti son premier cadre sur elle. Les lois des gaz s’écrivaient avec des pressions en atmosphères, la constante des gaz avait une valeur taillée pour les litres et les atmosphères, et les conditions normales de tabulation des données thermodynamiques se définissaient à une atmosphère. En 1982 l’Union internationale de chimie pure et appliquée a fixé l’état standard à exactement un bar : les tables modernes emploient donc le bar et les anciennes l’atmosphère, et cet écart de 1,3 pour cent compte dans un travail soigné.

La plongée et la médecine hyperbare comptent encore avec elle. La pression sous l’eau se décrit en atmosphères absolues, un plongeur à trente mètres en subissant environ quatre, et l’oxygénothérapie hyperbare se délivre à deux ou trois atmosphères absolues dans un caisson étanche. Comme le volume d’un gaz et son absorption par le corps varient tous deux avec la pression absolue, l’unité accomplit un vrai travail physiologique et ne se borne pas à rapporter une lecture.

L’atmosphère fixe en outre les anciennes échelles au mercure. Une atmosphère vaut exactement 760 millimètres de mercure par définition, ce qui rattache le torr et le millimètre de mercure au système métrique ; elle vaut aussi 29,92 pouces de mercure, le calage qu’un pilote américain affiche comme standard sur son altimètre.

Une unité apparentée, l’atmosphère technique d’un kilogramme-force par centimètre carré, est voisine sans être égale, à 98 066,5 pascals. Des documents du Japon, de Corée et d’Europe orientale l’emploient parfois, et prendre l’une pour l’autre introduit une erreur d’environ trois pour cent.

Une atmosphère équivaut à 101 325 pascals, à 1,01325 bar, à 760 millimètres de mercure ou à environ 14,696 livres par pouce carré.

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.