Transitions de Phase de l'Hélium dans les aérogels de silice
Résumé
This experimental work is a contribution to the study of two critical phenomena of helium confined in silica aerogels. With the aim to detect possible changes of the universality class of the liquid-gas critical point for helium adsorbed in aerogels, we have developed an original device, consisting of a simple pendulum, the mass of which is due to both the aerogel and the adsorbed helium. This set-up was validated by measuring the onset of superfluidity within seven different samples. We reproduce known results concerning the change of critical exponent, and give further information on the link between the fractal dimensionality of the sample and the $\zeta$ exponent of the superfluid density. The pendulum was then used to investigate the condensation of helium in aerogels, in the vicinity of the bulk critical point. Our results largely contradict previously published results on the same system : The system is not completely filled with liquid at the saturation pressure. At lower pressure, no well defined first order transition is observed. A sharp but gradual rise in the helium density is however observed . These results are very similar to those observed in more conventional porous media, and can be interpreted as capillary condensation. Finaly, very long time constants are observed in the region of capillary condensation. This type of slow dynamic is expected theoretically and is related to the displacement of a 2D interface in a disordered medium.
Ce travail expérimental est une contribution à l'étude de deux phénomènes critiques de l'hélium dans les aérogels de silice. Dans le but de détecter d'éventuels changements de classe d'universalité du point critique liquide-gaz pour l'hélium adsorbé dans les aérgels, nous avons développé un capteur de densité original constitué d'un pendule simple dont la masse est celle de l'aérogel et de l'hélium qu'il contient. Ce dispositif a été validé en étudiant, pour sept échantillons différents, l'apparition de la superfluidité de l'hélium. Des résultats connus ont été ainsi reproduits, et nous apportons des informations complémentaires sur le lien entre la dimension fractale des aérogels et l'exposant critique $\zeta$ de la densité superfluide. Ce pendule a ensuite permis l'étude de la condensation de l'hélium dans les aérogels, à proximité du point critique liquide-gaz. Nos résultats sont largement contradictoires avec ceux reportés dans la littérature sur ce même système : D'après nos mesures, à la pression de saturation de l'hélium libre, le remplissage en liquide est incomplet. Aucune transition bien définie du premier ordre ne semble présente à des pressions inférieures à la pression de condensation de l'hélium libre. Il existe cependant une région ou la densité de l'hélium varie très rapidement avec la pression. Ces résultats ressemblent en partie à ceux obtenus dans des matériaux poreux plus traditionnels que les aérogels, où ils sont interprètés en terme de condensation capillaire. Enfin, des constantes de temps extrêmement grandes sont observées dans la région de condensation capillaire. Ce type de ralentissement est attendu théoriquement, et il serait dû ici au mouvement d'une interface (2D) dans un milieu désordonné.