Physique des plasmas - Définition

Les champs de recherche et d'applications

• Équilibre et stabilité des plasmas

C'est un problème majeur notamment pour toutes les recherches où un confinement est nécessaire comme pour la fusion.

• Diagnostic & Simulation

Les diagnostics expérimentaux et la simulation numérique sont deux outils indispensables aux plasmiciens. La simulation numérique des plasmas est très gourmande en puissance machine de par la complexité des interactions à traiter. Actuellement les codes de calcul sont essentiellement des codes 1D ou 2D particulaires, 2D et 3D fluides. De nombreux codes sont des codes hybrides.

• Fusion nucléaire :
  • Fusion par confinement magnétique ;
  • Fusion par confinement inertiel.
• Source de plasma :
  • Plasmas de décharges ;
  • Plasma CCP ;
  • Plasma ICP (analyse chimique par torche à plasma) ;
  • Source ECR ;
  • Source Hélicon.
• Interactions du plasma avec les ondes et les faisceaux :
• Interaction laser-plasmas.
• plasmas ultra-froids
  • expansion de plasmas créés par laser
• Plasmas industriels :
  • Plasma de dépôt et gravure ;

Actuellement c'est le domaine le plus développé du point de vue industriel. Les plasmas sont utilisés pour la gravure des microprocesseurs et autres composants. Le dépôt intervient lui aussi en microélectronique associé étroitement à la gravure. Mais il est utilisé aussi dans des technologies liées aux couches minces, dans d'autres domaines comme l'optique ou pour l'ajout de couches de protections en métallurgie. (miroir, etc.)

• • Plasma pour implantation ionique (IIIP: Implantation Ionique par Immersion Plasma);

Utilisés en microélectronique et dans l'industrie des matériaux, ces traitements permettent de modifier les propriétés de matériaux immergés dans un plasma en implantant des atomes (extraits de ce plasma) sous leurs surfaces. L'IIIP permet de réduire drastiquement les coûts liés aux implantations par faisceau d'ions mais remplit une fonction similaire (avec une moindre précision). Les ions sont accélérés par une gaine dite matrice d'ions (évoluant en gaine de Child-Langmuir) induite par de fortes impulsions de l'ordre de plusieurs kV et de plusieurs µs. Cette technique permet de rendre les matériaux biocompatibles, résistants à la corrosion, d'une plus grande dureté ou de créer des matériaux magnétiques pour capteurs utilisés dans les applications biomédicales. L'un des enjeux actuels est la réalisation uniforme de jonctions de surface (ultra-shallow doping) qui permet la miniaturisation de transistors.

• • Plasma pour test de rentrée dans l'atmosphère ;

Des torches à plasma sont aussi utilisées pour reproduire les températures extrêmes atteintes lors des rentrées dans l'atmosphère d'appareils comme les navettes spatiales. Afin de reproduire aussi les phénomènes de frottement, la torche est dite supersonique car le plasma est propulsé à une vitesse supérieure à celle du son.

• • Traitement des déchets.
• Physique des plasmas naturels
  • Astrophysique :

La physique des plasmas est importante en astrophysique car de nombreux objets astronomiques comme les étoiles, les disques d'accrétion, les nébuleuses, et le milieu interstellaire sont composés de plasma.

• • Environnement planétaire: La magnétosphère est dense en plasma.
• Les disjoncteurs à haute tension dont le principe de coupure du courant est basé sur le refroidissement d'un plasma d'arc entre deux conducteurs.