MATIÈRE (physique)États de la matière

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Un état moins classique : le plasma

La matière est constituée d'atomes, eux-mêmes constitués d'un noyau central autour duquel se répartissent des électrons, sur des états d'énergie particuliers. Ces électrons peuvent être éjectés de leur atome s'ils se trouvent acquérir des énergies plus élevées que les énergies de liaison. L'éjection des électrons elle-même s'accompagne d'émission de lumière, comme l'éclair dans le ciel, la lumière d'une lampe au néon ou encore les aurores boréales. On parlera de plasma lorsqu'une fraction importante (éventuellement la totalité) de la matière considérée aura perdu tout ou partie de ses électrons. Dans cette situation, le plasma se présente comme un gaz en moyenne électriquement neutre (le bilan de charges électriques positives est égal au bilan de charges négatives), mais constitué de particules chargées positivement (les noyaux) baignant dans un gaz d'électrons, chargés négativement. Les électrons, dans ce plasma, ne gravitent plus autour de leur atome. Cet ensemble est de nature différente d'un gaz réellement neutre au niveau moléculaire, car les charges des électrons ainsi libérés de leur atome vont créer des champs électromagnétiques très intenses qui s'accompagnent de forces entre les atomes et les électrons sans aucun rapport avec un gaz neutre habituel, comme l'air. L'agitation des molécules du plasma sera fortement dominée par les champs électromagnétiques, alors que, dans le gaz neutre, les molécules ont un mouvement purement aléatoire, dit brownien, ne subissant aucune influence électromagnétique. En outre, il convient d'indiquer que le passage de l'état gazeux neutre à l'état plasma, lorsque la température augmente et que de plus en plus d'électrons sont éjectés de leur atome, n'est pas une transition de phase au sens thermodynamique du terme. Le plasma échappe donc complètement au diagramme d'état classique (cf. matière - Plasmas).

Le plasma, curiosité de laboratoire il y a encore quelques décennies, et objet d'intérêt astrophysique (le cœur des étoiles, par exemple, très énergétique, est constitué de plasma), intéresse aujourd'hui les industriels pour un grand nombre d'applications (éclairage, dépôts industriels de couches minces, moteurs de fusée, etc.). À un horizon lointain, se dessine l'espoir de reconstituer dans une centrale à fusion thermo-nucléaire contrôlée les conditions de température et de pression permettant la production d'énergie.

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États désordonnés de la matière

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Écrit par :

  • : chargé de recherche au C.N.R.S., laboratoire de physique de la matière condensée, École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Vincent FLEURY, « MATIÈRE (physique) - États de la matière », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/