La plupart des objets inanimés paraissent parfaitement immobiles.
Mais si vous regardez leur structure atomique,
vous verrez que le monde est soumis à un flux constant
d'extensions,
de contractions,
de rebonds,
de tremblements
et de dérivations d'atomes, partout.
Même si ce mouvement peut sembler chaotique, il n'est pas aléatoire.
Les atomes qui sont liés entre eux,
composant presque toute la matière,
bougent selon un ensemble de principes.
Par exemple, prenez les molécules, des atomes avec des liaisons covalentes.
À la base, les molécules peuvent bouger de 3 façons :
par rotation,
par translation,
ou par vibration.
La rotation et la translation déplacent une molécule dans l'espace
mais la distance entre ses atomes reste la même
La vibration, au contraire, change ces distances
et modifie la forme de la molécule.
Pour chaque molécule, on peut compter le nombre de façons qu'elle a de bouger.
Cela correspond à son degré de liberté,
ce qui, dans un contexte mécanique,
correspond au nombre de variables à prendre en compte
pour comprendre le système en entier.
Un espace tridimensionnel est défini par des axes x, y et z.
La translation permet aux molécules de bouger sur tous ces axes.
Ce qui donne trois degrés de liberté.
Elle peut aussi faire des rotations autour de ces 3 axes.
Ce qui fait 3 de plus,
sauf si la molécule est linéaire, comme le dioxyde de carbone.
Ici, une des rotations se contente de faire pivoter la molécule sur son axe,
ce qui ne compte pas, les atomes restant dans la même position.
C'est avec la vibration que ça se corse.
Prenez une molécule simple, comme l'hydrogène.
La longueur de la liaison entre les deux atomes varie en permanence
comme s'ils étaient reliés par un ressort.
Ce changement de distance est minuscule, moins d'un milliardième de mètre.
Plus une molécule a d'atomes liés, plus elle a de modes vibratoires.
Par exemple, une molécule d'eau compte trois atomes :
un d'oxygène et deux d'hydrogène, avec deux liaisons.
Ce qui donne trois modes de vibration :
extension symétrique,
extension asymétrique,
et flexion.
Les molécules plus complexes ont des modes vibratoires encore plus étonnants,
comme le balancement,
le frétillement,
ou l'enroulement.
À partir du nombre d'atomes d'une molécule on peut compter ses modes vibratoires.
Commencez par le total des degrés de liberté,
qui est le nombre d'atomes de la molécule fois 3,
puisque chaque atome peut bouger dans trois directions différentes.
Dans ce total, 3 correspondent à la translation,
quand tous les atomes vont dans la même direction.
Et 3, ou 2 pour les molécules linéaires correspondent aux rotations.
Et le reste, 3N-6 ou 3N-5 pour les molécules linéaires,
sont les vibrations.
Qu'est-ce qui cause tout ce mouvement ?
Les molécules bougent car elles absorbent l'énergie autour d'elles,
principalement sous forme de chaleur ou de radiation électromagnétique.
Quand cette énergie est transférée aux molécules,
elles vibrent,
pivotent,
ou se déplacent plus vite.
L'énergie cinétique des molécules et des atomes
croît avec la rapidité du mouvement.
Cela se traduit par une hausse de température et d'énergie thermique.
C'est le procédé utilisé par votre four micro-ondes pour chauffer vos aliments.
Le four émet des radiations micro-ondes qui sont absorbées par les molécules,
en particulier celles qui composent l'eau.
Elles s'agitent de plus en plus vite,
et s'entrechoquent, augmentant la chaleur de l'aliment et l'énergie thermique.
L'effet de serre en est un autre exemple.
Certains rayons solaires atteignant la surface de la Terre
sont renvoyés dans l'atmosphère.
Les gaz à effet de serre comme la vapeur et le dioxyde de carbone
absorbent cette radiation et accélèrent.
Ces molécules plus chaudes et rapides lâchent des infrarouges dans tous les sens
y compris vers la Terre, qui se réchauffe.
Tout ce mouvement moléculaire peut-il s'arrêter ?
On pourrait croire que c'est le cas au zéro absolu,
la température la plus froide possible.
Personne n'a réussi à refroidir quoi que ce soit à ce point,
mais même si on le pouvait,
les molécules bougeraient encore, à cause du principe de mécanique quantique
nommé l'énergie du point zéro.
Autrement dit, tout est en mouvement depuis le début de l'univers
et le sera encore bien, bien longtemps après notre disparition.