État plasma - Définition

Introduction

Lampe à plasma

L’état plasma, tout comme le solide, le liquide ou le gaz, est un état de la matière. Il n'est visible sur Terre à l'état naturel qu'à très haute température, quand l'énergie est telle qu'elle réussit à arracher des électrons aux atomes. On observe alors une sorte de « soupe » d'électrons extrêmement actifs dans laquelle « baignent » des noyaux d'atomes.

Le terme plasma, appelé aussi « quatrième état de la matière », a été utilisé en physique pour la première fois par le physicien américain Irving Langmuir en 1928 par analogie avec le plasma sanguin auquel, dans son cas, ce phénomène s’apparentait visuellement.

Formation d'un plasma

Dans les conditions usuelles, un milieu gazeux ne conduit pas l’électricité. Lorsque ce milieu est soumis à un champ électrique faible, un gaz pur est considéré comme un isolant parfait, car il ne contient aucune particule chargée libre (électrons ou ions positifs). Mais des électrons libres et des ions positifs peuvent apparaître si on soumet le gaz à un champ électrique de forte intensité ou à des températures assez élevées, si on le bombarde de particules ou s’il est soumis à un champ électromagnétique très intense.

Lorsque l’ionisation est assez importante pour que le nombre d’électrons par unité de volume soit comparable à celui des molécules neutres, le gaz devient alors un fluide très conducteur qu’on appelle plasma.

Exemples

Les plasmas sont extrêmement répandus dans l'Univers puisqu'ils représentent plus de 99% de la matière connue. Toutefois, ils passent presque inaperçus dans notre environnement proche, « la Terre », étant données leurs conditions d'apparition très éloignées des conditions nécessaires aux besoins de la vie terrestre.

Ainsi on distingue les plasmas naturels :

• les étoiles, nébuleuses gazeuses, quasar, pulsar ;
• les aurores boréales ;
• les éclairs ;
• l'ionosphère ;
• le vent solaire;

et les plasmas industriels :

• dans les téléviseurs ;
• les décharges (comme dans un disjoncteur à haute-tension, ou tube à décharges (lampes, écrans, torche de découpe, production de rayon X)) ;
• les plasmas de traitement pour dépôt, gravure, modification de surface ou dopage par implantation ionique ;
• la propulsion par plasmas ;
• la fusion nucléaire (voir aussi Tokamak, Stellarator et Z-pinch) ;
• et de nombreuses autres applications qui ne sont encore que des expériences de laboratoire ou des prototypes (radar, amélioration de combustion, traitement des déchets, stérilisation etc.).