MATIÈRE (physique) Plasmas
- 1. Historique et premiers concepts
- 2. Propriétés et classification des plasmas
- 3. Description mathématique des plasmas
- 4. Plasmas et rayonnement
- 5. Plasmas magnétisés
- 6. Propagation d'ondes dans les plasmas
- 7. Instabilités et turbulence dans les plasmas
- 8. Plasmas de l'environnement terrestre
- 9. Réactions nucléaires dans les plasmas
- 10. Applications des plasmas chauds
- 11. Plasmas froids et applications industrielles
- 12. Diagnostics des plasmas
- 13. Modélisation numérique
- 14. Perspectives
- 15. Bibliographie
Instabilités et turbulence dans les plasmas
La formation de vagues à la surface de l'eau sous l'effet du vent ou le développement de la turbulence dans les écoulements hydrodynamiques à nombre de Reynolds élevé sont des manifestations familières des instabilités et de la turbulence dans les fluides. Les plasmas, qui sont des fluides constitués de particules chargées, peuvent être de même le siège de nombreux phénomènes instables, conduisant éventuellement à une turbulence développée. L'existence d'un grand nombre de types d'ondes dans les plasmas y rend possible des formes très variées d'instabilités et de turbulence. Les instabilités qui se développent dans un plasma sont toujours le résultat d'une situation hors équilibre. Le plasma peut, par exemple, occuper une région de l'espace et chercher à se déplacer vers une autre, plus favorable du point de vue énergétique : c'est le cas des instabilités magnétohydrodynamiques qui affectent le confinement magnétique des plasmas et qui peuvent conduire à des déplacements macroscopiques du plasma dans son ensemble. Plus spécifiques de l'état plasma, les instabilités dites « cinétiques » mettent en jeu l'interaction des ondes se propageant dans le plasma et de groupes de particules, appelées « particules résonantes », dont les vitesses s'accordent avec les vitesses de phase des ondes considérées. L'instabilité se développe alors dans l'espace des vitesses et peut conduire à une modification importante des fonctions de distribution des particules. C'est par exemple le cas des instabilités faisceau-plasma, déclenchées par le passage dans un plasma de faisceaux de particules chargées. Les instabilités et la turbulence qui en résulte tendent à reconstituer des fonctions de distributions maxwelliennes. Enfin, si le plasma est traversé par une onde, en particulier électromagnétique, de grande amplitude, les oscillations des particules chargées au sein de cette onde peuvent donner lieu à l'excitation progressive d'ondes secondaires (deux ou plus) qui pompent l'énergie de l'onde de grande amplitude. Ces instabilités sont dénommées « instabilités paramétriques », par analogie avec les phénomènes de résonance paramétrique en mécanique. On parle aussi de couplages non linéaires d'ondes dans la mesure où le développement de ces instabilités peut être relié au caractère non linéaire de la réponse du plasma au champ électrique des ondes. Ces instabilités jouent un rôle crucial dans l'interaction d'ondes laser avec les plasmas.
Les instabilités dans les plasmas ont pour effet de redistribuer les particules dans l'espace réel ou dans l'espace des vitesses, ou bien encore de redistribuer l'énergie entre les différentes ondes susceptibles de se propager dans le plasma. La redistribution des vitesses dans l'espace s'accompagne d'une modification du spectre des ondes, l'ensemble pouvant dans certains cas être décrit par une théorie « quasi linéaire » qui prédit en particulier que les particules se réorganisent de façon à stabiliser les ondes initialement instables.
Les états turbulents qui résultent du développement des instabilités peuvent être de nature différente en fonction des caractéristiques initiales du plasma et des causes des instabilités. Ainsi, on qualifie de turbulence magnétohydrodynamique l'état issu du développement d'instabilités magnétohydrodynamiques, ou de turbulence de Langmuir l'état résultant d'oscillations, rendues désordonnées par des mécanismes instables, de type plasma électronique.
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Écrit par
- Patrick MORA : 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 )
Médias
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
Irving Langmuir et E. D. MacArthur
Encyclopaedia Britannica, Inc
Sinclair Lewis, Frank Kellogg, Albert Einstein et Irving Langmuir
Hulton-Deutsch/ Corbis Historical/ Getty Images
Autres références
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ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'
- Écrit par Bernard PIRE
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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 ...
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MATIÈRE, notion de
- Écrit par Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
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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...
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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB, Bernard PIRE
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...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 José LEITE LOPES
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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 ...
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- Écrit par Bernard PIRE
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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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Voir aussi
- ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- IONS
- DISPERSION, physique
- PROPAGATION DES ONDES
- CHAMP ÉLECTRIQUE
- CHAMP MAGNÉTIQUE
- IONISATION
- ÉTATS DE LA MATIÈRE
- ÉMISSION, physique
- VITESSE
- CONFINEMENT INERTIEL
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- DISTRIBUTION FONCTION DE
- DÉCHARGE ÉLECTRIQUE
- MAXWELL-BOLTZMANN DISTRIBUTION DE
- GAZ PARFAITS LOI DES
- PLASMAS
- PLANCK LOI DE
- VENT SOLAIRE
- SURFACE TRAITEMENTS DE
- SAHA ÉQUATION DE
- OSCILLATION DE PLASMA
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