Conversion de Térapascals en Gigapascals

Informations sur le Térapascal (TPa)

Le térapascal est une unité de pression valant mille gigapascals, noté TPa. C’est dix millions de bars. Rien de ce que bâtissent les ingénieurs ne travaille à cette pression, et l’unité appartient plutôt à deux coins bien distincts de la science : la rigidité des matériaux les plus résistants connus et l’intérieur des grandes planètes.

Les nanostructures de carbone l’ont mise sur la carte. Un nanotube de carbone monoparoi a un module de Young voisin d’un térapascal, et une feuille de graphène autant, ce qui en fait les matériaux les plus rigides jamais mesurés rapportés à leur poids. Le diamant, longtemps la référence, se place à 1,2 térapascal. Ces trois nombres expliquent que l’unité paraisse tout court en science des matériaux.

La rigidité à ce niveau n’est pas la résistance. Un nanotube s’oppose énormément à l’allongement, mais une fibre réelle faite de beaucoup d’entre eux rompt à une contrainte bien plus basse, parce que les tubes glissent les uns sur les autres. Confondre un module d’un térapascal avec une résistance à la rupture d’un térapascal est l’une des erreurs les plus fréquentes dans les récits de vulgarisation sur ces matériaux.

L’intérieur des planètes atteint de vraies pressions de térapascal. Le centre de Jupiter est estimé à trois ou quatre térapascals, et le cœur de géantes gazeuses plus grosses au-delà. Dans de telles conditions l’hydrogène se comporte comme un métal, et c’est ce qui engendre le champ magnétique de la planète : l’unité décrit donc un état de la matière et non une charge sur une structure.

Les laboratoires y parviennent désormais brièvement. La compression par choc entraînée par laser et les techniques magnétiques pulsées portent des échantillons dans la gamme du térapascal pendant quelques nanosecondes, assez longtemps pour enregistrer comment la masse volumique et la structure d’un matériau réagissent. Ces expériences sont la seule preuve directe dont on dispose sur la matière dans les conditions du cœur des planètes géantes.

Pour l’ordre de grandeur, un térapascal vaut dix millions de fois la pression atmosphérique et environ trois fois la pression au centre de la Terre. Le nombre cesse d’être quelque chose qu’une personne puisse sentir et devient la description de ce que font les atomes quand on les serre assez pour changer leur chimie.

Un térapascal équivaut à 1 000 000 000 000 de pascals, à 1000 gigapascals, à 10 000 000 de bars ou à environ 145 millions de 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.