- 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
Plasmas froids et applications industrielles
La dénomination « plasmas froids » recouvre en fait les gaz partiellement ionisés, dont la température reste modérée, atteignant 104 à 105 K, bien en deçà de la température des plasmas chauds. Dans ces plasmas, les collisions élastiques ou inélastiques des électrons et des ions avec les particules neutres (atomes et molécules) sont fréquentes et dominent certains aspects du plasma. En général, le plasma est créé par décharge dans un gaz entre la cathode, chargée négativement, et l'anode, chargée positivement. Un gaz partiellement ionisé peut également être créé par interaction d'un faisceau laser d'intensité modérée avec une cible solide.
Depuis les lampes à arc au carbone de la fin du xixe siècle et les lampes à décharges luminescentes, les applications industrielles des plasmas froids se sont considérablement diversifiées, et cette diversité est due à la variété des configurations géométriques, des paramètres physiques (densité, température, fréquence et intensité des potentiels électriques appliqués) et de la nature du gaz ambiant (inerte ou réactif) ou des parois solides constituant les électrodes ou se trouvant en contact avec le plasma.
On réserve le nom de plasmas thermiques aux plasmas relativement denses, en équilibre thermodynamique (au moins localement), et produits par des décharges du type arcs électriques ou de type radiofréquence, ou par des torches à couplage inductif. Ces plasmas sont essentiellement présents ou utilisés dans les appareils de coupure électrique (interrupteur à plasma en électronique de puissance), dans le traitement métallurgique, le traitement thermique, la soudure, ou le traitement des déchets ou des polluants.
Les plasmas froids à basse pression sont, au contraire des plasmas thermiques, hors équilibre thermodynamique. Les températures des diverses populations sont différentes les unes des autres (en particulier Te > Ti à cause du faible taux d’échange d’énergie des électrons), et on peut également distinguer les températures vibrationnelles et rotationnelles associées aux degrés de vibration et de rotation des molécules du gaz. En outre, les distributions des vitesses des particules chargées s’écartent sensiblement des maxwelliennes. Les applications industrielles de ce type de plasmas sont ici encore multiples, essentiellement dans le traitement des matériaux et des surfaces dont on cherche à modifier la dureté, la résistance à la corrosion, la tribologie (diminution des coefficients de frottement), la mouillabilité (pour les textiles), ou les propriétés d'adhésion ou de biocompatibilité (prothèses médicales). On peut aussi effectuer des dépôts sur des substrats (dépôt de couches en optique ou sur des supports de mémoire magnétiques ou magnéto-optiques, dépôt de carbone-diamant, etc.), procéder à des gravures, à des implantations ioniques en profondeur, à des pulvérisations de matériaux, ou à des polymérisations en volume ou en surface. Les applications en micro-électronique ou en macro-électronique (écrans plats, par exemple) se développent rapidement.
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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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