- 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
Description mathématique des plasmas
Il existe deux niveaux de description des plasmas, la description fluide et la description cinétique. Dans le premier cas, les différentes composantes du plasma, électrons, ions, et éventuellement particules neutres, sont décrites par des grandeurs fluides ou macroscopiques, comme la densité, la vitesse moyenne, la température, la pression, le flux de chaleur, etc. Dans cette terminologie, la température désigne en fait la quantité égale à (2/3 kB) fois l'énergie cinétique moyenne des particules considérées, que la répartition des vitesses corresponde ou non à une courbe gaussienne caractéristique de l'équilibre thermodynamique. Les grandeurs fluides satisfont des équations d'évolution spatio-temporelles, appelées « équations fluides », qui traduisent la conservation du nombre total de particules, de l'impulsion et de l'énergie. Il est des situations cependant où la description fluide ne permet pas d'atteindre un degré de précision suffisant. On utilise alors la description cinétique, où chaque composante du plasma est décrite par une fonction de distribution f(r,v,t). Celle-ci correspond à une moyenne statistique sur un grand nombre de réalisations du système physique considéré. Le produit fdrdv est le nombre moyen de particules de l'espèce considérée dont la position et la vitesse se trouvent respectivement dans un élément de volume dr de l'espace ordinaire et dans un élément de volume dv de l'espace des vitesses, centrés respectivement autour des valeurs r et v. La fonction de distribution contient une information bien supérieure à celle contenue dans les grandeurs fluides, puisqu'elle inclut tous les détails de la répartition des vitesses des particules. L'emploi de la description cinétique est particulièrement nécessaire dans les situations où la fonction de distribution s'écarte sensiblement de la courbe gaussienne correspondant à l'équilibre thermodynamique. Cette fonction est alors appelée fonction de distribution de Maxwell-Boltzmann (ou maxwellienne). L'évolution spatio-temporelle de la fonction de distribution d'une espèce de particules est gouvernée par une équation cinétique.
Pour les plasmas chauds, quand il est possible de négliger les collisions binaires entre particules, celles-ci n'interagissent plus que par l'intermédiaire de champs électrique et magnétique moyens, au sens de la moyenne statistique sur un grand nombre de réalisations. L'équation cinétique correspondante est l'équation de Vlasov :
Pour les plasmas partiellement ionisés, il est également nécessaire d’ajouter à l’équation de Vlasov des termes traduisant l’effet des collisions élastiques et inélastiques. On aboutit alors à une équation du type équation de Boltzmann, analogue à celle des gaz. Pour les plasmas denses, en revanche, les théories utilisant la notion de champs moyens sont incorrectes et les méthodes d’étude sont plus complexes.
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
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
Autres références
-
ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 521 mots
L'expérience quotidienne permet à chacun d'appréhender la notion d'état de la matière (parfois appelé phase) et celle de transition de phase qui lui est étroitement liée. L'exemple typique est celui des trois états si différents que prend l'eau lorsque sa température varie : à partir de 0 ...
-
MATIÈRE, notion de
- Écrit par Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
- 2 022 mots
Le mot « matière » cache sous sa généralité abstraite une origine concrète fort éclairante. En latin archaïque, materia appartient à la langue rustique et désigne la substance dont est fait le tronc de l'arbre, en tant qu'elle est productrice (de branches, de feuilles). L'élargissement successif...
-
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB et Bernard PIRE
- 8 172 mots
- 12 médias
Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent...
-
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE et Jean-Marc RICHARD
- 6 931 mots
- 4 médias
...associé est bâti avec les antiquarks correspondants. Les mésons résultent de la liaison d'un quark et d'un antiquark. Dans cette description moderne, la matière est constituée par trois « générations » de quarks et de leptons, le nombre trois a été établi par les expériences du C.E.R.N. (laboratoire européen... -
ATOME
- Écrit par José LEITE LOPES
- 9 140 mots
- 13 médias
L'atome est le terme ultime de la division de la matière dans lequel les éléments chimiques conservent leur individualité. C'est la plus petite particule d'un élément qui existe à l'état libre ou combiné. On connaît 90 éléments naturels auxquels s'ajoutent le ...
-
BOHR ATOME DE
- Écrit par Bernard PIRE
- 369 mots
- 1 média
Deux ans après avoir soutenu sa thèse sur la théorie électronique des métaux, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) écrit en 1913 trois articles fondamentaux qui révolutionnent la compréhension de la structure de la matière. Le premier, paru le 5 avril dans le Philosophical Magazine...
- Afficher les 40 références
