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MATIÈRE (physique) Plasmas

États de la matière - crédits : Encyclopædia Universalis France

États de la matière

L'état plasma peut être considéré comme le quatrième état de la matière, obtenu, par exemple, en portant un gaz à très haute température (104 K ou plus). L'énergie d’agitation thermique des molécules et atomes constituant le gaz est alors suffisante pour que, lors de collisions entre ces particules, un électron puisse être arraché à l'une d'entre elles. Ce phénomène d'ionisation est d'autant plus fréquent que la température est élevée. L’ionisation peut également être provoquée par l’impact d’un corpuscule de lumière, un photon, appartenant au domaine du rayonnement ultraviolet, sur une molécule ou sur un atome. À l’inverse, un électron et un ion peuvent se recombiner lors d’une collision mettant également en jeu une troisième particule, qui encaisse l’excès d’énergie associé à la recombinaison, ou bien simplement lors d’une collision électron-ion avec émission d’un photon. L’ionisation et la recombinaison conduisent ainsi à des gaz partiellement ou presque totalement ionisés, appelés « plasmas ». Composé de particules chargées positivement (ions) et négativement (électrons), et éventuellement de particules neutres, le plasma est en général globalement neutre (autant de charges positives que de charges négatives), non pas tant parce qu'il est issu d'un gaz électriquement neutre, mais plutôt parce que toute séparation à grande échelle des charges positives et des charges négatives s'accompagne de l'apparition d'un fort champ électrique qui rappelle les populations ionique et électronique l'une vers l'autre.

L'appellation « plasma » couvre en réalité une très grande variété d'objets physiques de températures et surtout de densités très différentes. L'état plasma nous est peu familier sur Terre. Il constitue cependant l'essentiel de l'Univers, puisque les étoiles, les espaces interstellaires et intergalactiques sont des plasmas. Plus près de nous, dans l'environnement terrestre, la magnétosphère et l’ionosphère appartiennent également à cette catégorie. Dans la vie de tous les jours, on trouve encore des plasmas dans les tubes à décharges électriques (tubes à néon), les arcs électriques, les éclairs atmosphériques ou les aurores boréales. À certains égards, les électrolytes ou les électrons dans les métaux peuvent également être considérés comme des plasmas. Enfin, les plasmas très chauds, dont la température est de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de millions de kelvins, sont étudiés en laboratoire pour réaliser sur Terre de façon contrôlée la fusion thermonucléaire, à l’image de ce qui se passe dans les étoiles, où elle est la source qui fournit l'énergie qu'elles rayonnent.

Les mouvements des électrons et des ions du plasma sont essentiellement gouvernés par les champs électriques et magnétiques qui règnent dans le plasma, parfois également par les collisions de ces particules entre elles ou avec des particules neutres. C'est là la différence principale avec l'état gazeux, où les collisions jouent le rôle dominant. En retour, ces mouvements de particules chargées créent des accumulations de charges et des courants électriques qui modifient la structure et l'évolution du champ électromagnétique. Outre l'électromagnétisme, l'étude des plasmas met également en jeu l'hydrodynamique, en particulier la magnétohydrodynamique, pour traiter les écoulements de plasmas ; la théorie cinétique, pour étudier les écarts à l'équilibre thermodynamique de la répartition en vitesse des particules ; la physique atomique, pour déterminer les niveaux d'énergie des molécules, atomes, et ions, et leurs degrés d'occupation ; la chimie, pour décrire les réactions dans les gaz faiblement ionisés ou sur les surfaces adjacentes ; enfin[...]

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Écrit par

  • : docteur d'État, directeur de recherche au C.N.R.S.

Classification

Pour citer cet article

Patrick MORA. MATIÈRE (physique) - Plasmas [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 25/03/2009

Médias

États de la matière - crédits : Encyclopædia Universalis France

États de la matière

Irving Langmuir et E. D. MacArthur - crédits : Encyclopaedia Britannica, Inc

Irving Langmuir et E. D. MacArthur

Sinclair Lewis, Frank Kellogg, Albert Einstein et Irving Langmuir - crédits : Hulton-Deutsch/ Corbis Historical/ Getty Images

Sinclair Lewis, Frank Kellogg, Albert Einstein et Irving Langmuir

Autres références

  • ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'

    • Écrit par
    • 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
    • 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 et
    • 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 et
    • 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
    • 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
    • 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...

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