La cryogénie est la branche de la physique qui étudie les matériaux et leurs propriétés à des températures extrêmement basses. Le terme provient du grec kryos (« froid ») et genesis (« production »). Elle est appliquée en physique, science des matériaux et médecine. Un spécialiste en cryogénie est un cryogéniste, et un matériau à ces températures est dit cryogénique. Les échelles Kelvin et Rankine, absolues avec des valeurs positives, sont les plus utilisées pour mesurer ces basses températures.
La définition précise d'une température « cryogénique » varie, mais le National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis la fixe en dessous de −180 °C (93,15 K ; −292 °F). À cette limite, les réfrigérants courants comme le fréon gazéifient, tandis que les « gaz permanents » (azote, oxygène, hélium, etc.) deviennent liquides. On distingue aussi la « cryogénie à haute température », de −195,79 °C (point d'ébullition de l'azote liquide à pression atmosphérique) jusqu'à −50 °C.
La mesure repose sur des capteurs spécialisés : les RTD (détecteurs de température à résistance) jusqu'à 30 K, puis des diodes au silicium en dessous. Les détecteurs de particules cryogéniques opèrent près du zéro absolu pour capter photons et particules élémentaires.
Les liquides cryogéniques sont stockés en flacons Dewar, conteneurs à double paroi sous vide pour l'isolation thermique. Pour l'hélium liquide, un récipient interne contient de l'azote liquide. Inventés par James Dewar, ces flacons incluent des soupapes pour évacuer les gaz et prévenir les explosions dues à la pression d'ébullition.
Voici les fluides les plus utilisés, avec leur point d'ébullition à pression atmosphérique :
| Fluide | Point d'ébullition (K) |
| Hélium-3 | 3,19 |
| Hélium-4 | 4,214 |
| Hydrogène | 20,27 |
| Néon | 27,09 |
| Azote | 77,36 |
| Air | 78,8 |
| Fluor | 85,24 |
| Argon | 87,24 |
| Oxygène | 90,18 |
| Méthane | 111,7 |
La cryogénie est essentielle dans de nombreux domaines : carburants rocket (hydrogène et oxygène liquides), aimants supraconducteurs pour IRM et RMN (avec hélium liquide), refroidissement des caméras infrarouges, congélation alimentaire, effets spéciaux (azote liquide), recyclage par fragilisation, conservation de tissus et sang, transmission électrique supraconductrice, traitements d'alliages, cryobroyage, et expériences quantiques comme les condensats de Bose-Einstein au Cold Atom Laboratory (jusqu'à 1 picoKelvin).
Ce champ interdisciplinaire inclut :
Cryonie : Conservation cryogénique d'humains et animaux pour une future réanimation.
Cryochirurgie : Destruction de tissus pathologiques (cancer, verrues) par froid extrême.
Cryoélectronique : Étude de la supraconductivité et phénomènes électroniques à basse température ; applications pratiques en cryotronique.
Cryobiologie : Effets du froid sur les organismes vivants, incluant la cryoconservation de tissus et matériel génétique.
Des températures « négatives » (Kelvin négatifs) ont été atteintes en 2013 par Ulrich Schneider (Université de Munich), rendant un gaz « plus chaud » malgré un refroidissement apparent !
