Image : Diagramme de changement d'état ou transition de phase de l'eau pure.
Au point triple, les 3 phases (solide, liquide, gazeuse) coexistent à une température et une pression données.
Au point critique (218 atm, 314 °C), l'eau atteint la phase supercritique entre liquide et gaz.
L'état supercritique de l'eau est un état particulier qui se situe au-delà de ses états traditionnels de solide, de liquide et de vapeur. L'état supercritique n'existe pas dans la vie de tous les jours.
Dans l'état supercritique, les molécules d'une substance ont une énergie cinétique élevée, mais elles ne sont pas suffisamment éloignées les unes des autres pour former un gaz. Par conséquent, les fluides supercritiques ont des propriétés uniques qui les distinguent à la fois des liquides et des gaz.
À des températures et des pressions élevées, l'eau peut atteindre un point où les distinctions entre les phases liquide et gazeuse deviennent floues. Elle se trouve alors dans un état appelé "supercritique" où elle possède des propriétés physico-chimiques uniques.
Grâce à sa densité intermédiaire entre celle de l'eau liquide et celle de la vapeur, l'eau supercritique a une capacité de dissolution élevée pour de nombreux composés chimiques. Elle peut se déplacer plus facilement à travers des matériaux poreux comme s'il s'agissait d'un gaz, mais avec une meilleure capacité de dissolution en raison de sa densité plus élevée.
La température à laquelle l'eau devient supercritique dépend de la pression appliquée. Pour l'eau pure, l'état supercritique est généralement atteint à des températures supérieures à 374 degrés Celsius (647 Kelvin) et des pressions supérieures à 220 bars (ou 22 MPa).
L'eau supercritique est utilisée dans divers domaines de la recherche scientifique et dans l'industrie. Par exemple, elle est employée pour l'extraction de composés à partir de plantes, pour le décaféinage du café, ou encore dans des applications de nettoyage, de purification, et de traitement de déchets.
Dans nos océans avec une certaine profondeur, l'eau atteint la pression critique (22 MPa) à une profondeur de 2240 mètres. La profondeur moyenne des océans est de 3 à 5 km, donc une partie non négligeable du fond des océans dépasse cette pression critique. Mais la température critique est de 374 °C, une température bien supérieure à la température moyenne du fond des océans (proche de 0 °C). Cependant, au niveau des dorsales océaniques, arrivent des basaltes en fusion. La profondeur moyenne des dorsales est de 2700 m, soit sous la « profondeur critique ». Ces basaltes sont à une température très élevée, au-delà de 1100 °C donc nous pouvons très bien imaginer qu'une partie proche des dorsales actives est dans l'état supercritique de l'eau.
La surface de la planète Vénus est essentiellement composée de dioxyde de carbone (CO2). Or, l'état supercritique du dioxyde de carbone est atteint à une température de 31 °C (température critique) avec une pression de 7,3 MPa (pression critique). La température de surface de Vénus est proche de 400 °C pour une pression d'environ 90 fois la pression atmosphérique terrestre. L'atmosphère inférieure de Vénus est donc à l'état supercritique.
Les planètes géantes gazeuses composées principalement d'hydrogène et d'hélium ont certainement dans leurs couches des états supercritiques de la matière.
L'hydrogène et l'hélium ont également des points critiques très bas, ce qui signifie qu'ils peuvent être facilement amenés à l'état supercritique à des températures et pressions relativement faibles. L'hydrogène et l'hélium deviennent supercritiques lorsqu'ils ont une température supérieure à 33,2 K (-240,2 °C) et une pression supérieure à 22,07 MPa.
Dans l'état supercritique, l'hydrogène et l'hélium ont une densité similaire à celle de l'eau liquide, mais ils ont une viscosité et une tension superficielle similaires à celles d'un gaz.
Au-delà du système solaire, des compositions d'exoplanètes ont été modélisées et il se pourrait que certaines planètes (55 Cancri e et Gliese 876 d) possèdent un océan d'eau à l'état supercritique.
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