- 1. Historique et premiers concepts
- 2. Propriétés et classification des plasmas
- 3. Description mathématique des plasmas
- 4. Plasmas et rayonnement
- 5. Plasmas magnétisés
- 6. Propagation d'ondes dans les plasmas
- 7. Instabilités et turbulence dans les plasmas
- 8. Plasmas de l'environnement terrestre
- 9. Réactions nucléaires dans les plasmas
- 10. Applications des plasmas chauds
- 11. Plasmas froids et applications industrielles
- 12. Diagnostics des plasmas
- 13. Modélisation numérique
- 14. Perspectives
- 15. Bibliographie
MATIÈRE (physique) Plasmas
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
L'état plasma peut être considéré comme le quatrième état de la matière, obtenu, par exemple, en portant un gaz à très haute température (104 K ou plus). L'énergie d’agitation thermique des molécules et atomes constituant le gaz est alors suffisante pour que, lors de collisions entre ces particules, un électron puisse être arraché à l'une d'entre elles. Ce phénomène d'ionisation est d'autant plus fréquent que la température est élevée. L’ionisation peut également être provoquée par l’impact d’un corpuscule de lumière, un photon, appartenant au domaine du rayonnement ultraviolet, sur une molécule ou sur un atome. À l’inverse, un électron et un ion peuvent se recombiner lors d’une collision mettant également en jeu une troisième particule, qui encaisse l’excès d’énergie associé à la recombinaison, ou bien simplement lors d’une collision électron-ion avec émission d’un photon. L’ionisation et la recombinaison conduisent ainsi à des gaz partiellement ou presque totalement ionisés, appelés « plasmas ». Composé de particules chargées positivement (ions) et négativement (électrons), et éventuellement de particules neutres, le plasma est en général globalement neutre (autant de charges positives que de charges négatives), non pas tant parce qu'il est issu d'un gaz électriquement neutre, mais plutôt parce que toute séparation à grande échelle des charges positives et des charges négatives s'accompagne de l'apparition d'un fort champ électrique qui rappelle les populations ionique et électronique l'une vers l'autre.
L'appellation « plasma » couvre en réalité une très grande variété d'objets physiques de températures et surtout de densités très différentes. L'état plasma nous est peu familier sur Terre. Il constitue cependant l'essentiel de l'Univers, puisque les étoiles, les espaces interstellaires et intergalactiques sont des plasmas. Plus près de nous, dans l'environnement terrestre, la magnétosphère et l’ionosphère appartiennent également à cette catégorie. Dans la vie de tous les jours, on trouve encore des plasmas dans les tubes à décharges électriques (tubes à néon), les arcs électriques, les éclairs atmosphériques ou les aurores boréales. À certains égards, les électrolytes ou les électrons dans les métaux peuvent également être considérés comme des plasmas. Enfin, les plasmas très chauds, dont la température est de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de millions de kelvins, sont étudiés en laboratoire pour réaliser sur Terre de façon contrôlée la fusion thermonucléaire, à l’image de ce qui se passe dans les étoiles, où elle est la source qui fournit l'énergie qu'elles rayonnent.
Les mouvements des électrons et des ions du plasma sont essentiellement gouvernés par les champs électriques et magnétiques qui règnent dans le plasma, parfois également par les collisions de ces particules entre elles ou avec des particules neutres. C'est là la différence principale avec l'état gazeux, où les collisions jouent le rôle dominant. En retour, ces mouvements de particules chargées créent des accumulations de charges et des courants électriques qui modifient la structure et l'évolution du champ électromagnétique. Outre l'électromagnétisme, l'étude des plasmas met également en jeu l'hydrodynamique, en particulier la magnétohydrodynamique, pour traiter les écoulements de plasmas ; la théorie cinétique, pour étudier les écarts à l'équilibre thermodynamique de la répartition en vitesse des particules ; la physique atomique, pour déterminer les niveaux d'énergie des molécules, atomes, et ions, et leurs degrés d'occupation ; la chimie, pour décrire les réactions dans les gaz faiblement ionisés ou sur les surfaces adjacentes ; enfin[...]
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Écrit par
- Patrick MORA : docteur d'État, directeur de recherche au C.N.R.S.
Classification
Médias
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
Irving Langmuir et E. D. MacArthur
Encyclopaedia Britannica, Inc
Sinclair Lewis, Frank Kellogg, Albert Einstein et Irving Langmuir
Hulton-Deutsch/ Corbis Historical/ Getty Images
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