Quelle est la pression la plus élevée jamais atteinte en laboratoire ?

Le record de pression atteint en laboratoire s’élève à 770 gigapascals (GPa), soit environ 7,7 millions de fois la pression atmosphérique terrestre. Une telle valeur ne concerne pas un volume important de matière, mais un échantillon minuscule placé dans un dispositif conçu pour concentrer une force considérable sur une surface extrêmement réduite. Cette prouesse permet d’étudier des états de la matière qui n’existent normalement qu’au cœur de certains corps célestes ou dans des environnements naturels très difficiles à observer.

Le rôle des enclumes de diamant

Ce record a été obtenu à l’aide d’une cellule à enclumes de diamant. Le principe consiste à placer l’échantillon entre deux diamants dont les faces opposées sont soigneusement polies. Une force est appliquée sur les diamants et transmise à l’échantillon, généralement maintenu dans un petit logement réalisé dans un joint métallique. La géométrie du dispositif permet de concentrer la force sur une zone très restreinte. Le diamant est particulièrement adapté à cet usage en raison de sa grande dureté et de sa résistance à la compression. Sa relative transparence à différentes formes de rayonnement facilite également l’observation de l’échantillon pendant l’expérience.

Une pression qui se mesure indirectement

La pression ne correspond pas simplement à la force exercée par l’appareil : elle dépend aussi de la surface sur laquelle cette force s’applique. En réduisant fortement cette surface, les chercheurs peuvent donc atteindre des pressions extrêmes avec un échantillon de très petite taille. À de tels niveaux, la pression est déterminée indirectement à partir de propriétés mesurables de matériaux de référence ou de l’échantillon lui-même. Des méthodes optiques, spectroscopiques ou fondées sur la diffraction permettent de relier une variation observée à une valeur de pression grâce à des étalonnages et à des modèles physiques. La qualité de cette mesure est essentielle, car une petite incertitude sur la géométrie, l’alignement ou l’état du matériau peut modifier le résultat annoncé.

Des états nouveaux de la matière

À 770 GPa, les atomes sont contraints dans des conditions très éloignées de celles que l’on rencontre à la surface de la Terre. La compression peut modifier les distances entre les atomes, la structure cristalline, la densité ainsi que les propriétés électriques, optiques ou mécaniques d’un matériau. Les cellules à enclumes de diamant servent ainsi à observer des transitions de phase et à tester le comportement de substances soumises à des contraintes extrêmes. Ces recherches contribuent notamment à la compréhension de la matière dans les régions profondes des planètes et à l’étude de matériaux dont les propriétés pourraient être très différentes sous pression.

Une prouesse réalisée sur une échelle minuscule

Atteindre une telle pression impose des contraintes expérimentales considérables. Les diamants doivent être parfaitement alignés, l’échantillon doit rester correctement positionné et la pression doit être aussi homogène que possible dans la zone étudiée. Le record ne signifie donc pas qu’un laboratoire a comprimé une grande quantité de matière à 770 GPa : il désigne la pression atteinte sur un échantillon microscopique dans une cellule spécialement conçue. Cette précision est importante pour comparer les records de haute pression, car la valeur obtenue dépend toujours du dispositif utilisé, de la méthode de calibration et des conditions exactes de l’expérience.