PLASMA : Le 4ème état de la matière

Le plasma, 4ème état de la matière, est un documentaire scientifique (0h26) qui explique ses particularités et propriétés que l'on retrouve partout dans l'Univers, ainsi que sur Terre et dans différents domaines de la technologie.

 

La physique des plasmas est la branche de la physique qui étudie les propriétés, la dynamique et les applications des plasmas. Un plasma est une phase de la matière constituée de particules chargées, d'ions et d'électrons. La physique des plasmas n'est pas à proprement parler un domaine de la physique à part entière. Elle s'inspire et approfondit les concepts fondamentaux des autres disciplines comme la physique atomique, la physique quantique, la physique statistique, etc., pour l'adapter au problème compliqué par nature de l'étude d'un rassemblement disparate de particules chargées ou non, un plasma.

La transformation d'un gaz ionisé en plasma ne s'effectue pas à température constante pour une pression donnée, avec une chaleur latente de changement d'état comme pour les autres états, mais il s'agit d'une transformation progressive. Lorsqu'un gaz est suffisamment chauffé, les électrons des couches extérieures peuvent être arrachés lors des collisions entre particules, ce qui forme le plasma. Globalement neutre, la présence de particules chargées donne naissance à des comportements inexistants dans les fluides, en présence d'un champ électromagnétique par exemple.
Le plasma 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. Il peut également se former à basse température si la source d'ionisation lui est extérieure. C'est le cas de l'ionosphère, cette couche élevée de l'atmosphère terrestre qui, bien que froide, subit en permanence un intense bombardement ionisant de particules venant du Soleil. Les aurores polaires sont l'une des manifestations de ce plasma.

L’état plasma est souvent décrit comme un état de la matière, tout comme l'état solide, l'état liquide ou l'état gazeux, bien qu'il n'y ait pas de transition de phase pour passer d'un de ces états au plasma.
Le terme plasma, appelé 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.

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, étant données leurs conditions d'apparition très éloignées des conditions de température et de pression de l'atmosphère terrestre.
Ainsi, on distingue les plasmas naturels tels que, le plasma astrophysique, les étoiles, nébuleuses gazeuses, quasar, pulsar, les aurores boréales, les éclairs, l'ionosphère, le vent solaire, la queue des comètes, la traînée des étoiles filantes.
Les plasmas industriels tels que, dans les téléviseurs, les décharges comme dans un disjoncteur à haute-tension, ou tube à décharges comme les 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, et de nombreuses autres applications qui ne sont encore que des expériences de laboratoire ou des prototypes style radar, amélioration de combustion, traitement des déchets, stérilisation etc.

Dans un avenir proche, les plasmas constitueront aussi un carburant efficace pour envoyer et positionner des satellites autour de la Terre. Les propulseurs contiendront des réservoirs de gaz, généralement de l’hydrogène, qui sera ionisé pour obtenir un plasma. Ce denier sera encore échauffé à l’aide d’ondes radio électromagnétiques, puis accéléré à l'aide d'un champ magnétique. Ensuite, on laissera ce plasma très énergétique s’échapper progressivement du réservoir, ce qui propulsera l’ensemble.
Grâce à cette technologie, les particules seront éjectées à des vitesses jusqu’à vingt fois plus élevées qu'avec les systèmes de propulsion chimique classique.
(CEA)

- Voir aussi :

LES SECRETS DE LA MATIÈRE - Les trois documentaires

ASTRONOMIE - ASTROPHYSIQUE : Liste des documentaires avec titres par sujet

LE MYSTÈRE DES AURORES BORÉALES OU POLAIRES