Le plasma, qui représente 99 % de l'univers visible, existe principalement dans les étoiles et l'espace. Il se forme lorsque les électrons se détachent des atomes, créant des ions et des électrons libres, un état capable de conduire l’électricité et présentant des comportements complexes.
Qu’est-ce que le plasma ?
Le plasma est l'un des quatre états fondamentaux de la matière, aux côtés des gaz, des liquides et des solides. Alors que la plupart des gens ne pensent pas à plasma Dans leur vie quotidienne, dans leur façon de concevoir les autres états de la matière, le plasma constitue 99 % de la matière visible de l'univers. Cela inclut le plasma astrophysique trouvé dans l’espace, comme dans les nébuleuses et les étoiles comme le Soleil.
Dans le plasma, certains électrons se séparent et se libèrent des atomes neutres (atomes qui ont un nombre égal de protons et d'électrons et donc une charge neutre). Les électrons libres qui en résultent rendent le plasma différent des autres états de la matière, où les électrons restent étroitement liés aux noyaux.
Lorsque les atomes du plasma se séparent de leurs électrons chargés négativement, ils n’ont plus de charge électrique neutre. Au lieu de cela, les atomes deviennent des ions, des particules chargées positivement. Le plasma est donc un état ionisé composé d’ions chargés positivement et d’électrons chargés négativement.

Les aurores boréales se forment à partir de particules entrant en collision sous forme d'ondes dans le plasma de l'atmosphère terrestre. Crédit : Frank Olsen
Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les électrons des atomes peuvent se séparer et former un plasma. Lors d'expériences en laboratoire, les scientifiques peuvent faire exploser les atomes avec de l'électricité à haute tension, des lasers ou des champs électromagnétiques pour former du plasma. Dans l’espace, le plasma peut se former à partir de photons de haute énergie, notamment de rayons gamma frappant les atomes. Le plasma peut également se former dans l’espace lorsque la gravité augmente tellement la pression que la pression surchauffe les gaz. Les températures élevées provoquent la collision des atomes les uns avec les autres, ce qui entraîne la séparation des électrons des atomes, créant ainsi un plasma et le début d'une étoile.
Ce processus de surchauffe des gaz pour créer du plasma suggère que les gaz et le plasma entretiennent une relation similaire à la façon dont un liquide peut être une forme chauffée d'un solide. Cette analogie n'est pas toujours correcte. D’une part, contrairement au gaz, le plasma peut conduire l’électricité. De plus, dans les gaz, toutes les particules se comportent de la même manière. Cependant, dans le plasma, les électrons et les ions se comportent et interagissent de manière très complexe, ce qui crée des ondes et des instabilités.
Les plasmas sont de plusieurs types. La plupart des plasmas de l’univers sont ce que les chercheurs appellent des plasmas à haute température. Dans ces plasmas à haute température, les températures peuvent dépasser 10 000 degrés Fahrenheit, et tous les atomes peuvent être entièrement ionisés. Les plasmas à basse température sont différents. Les atomes ne sont que partiellement ionisés et peuvent être incroyablement froids, même à température ambiante. Un autre type inhabituel de plasma est le plasma à haute densité énergétique, que les scientifiques créent en laboratoire pour étudier leurs propriétés inhabituelles.
Faits rapides
- Un type d’éclair – la foudre en boule – est le plasma. Apprenez-en davantage auprès de l’Institut Max Planck.
- Les aurores boréales sont également provoquées par le plasma. Apprenez-en davantage dans ce point culminant de la science.
- Le confinement du plasma est une étape importante dans la conception de tokamaks à fusion et de dispositifs stellarateurs qui pourraient éventuellement nous fournir de l’énergie de fusion.
- La science des plasmas à haute densité énergétique a permis l’allumage par fusion dans des conditions de laboratoire.
Bureau scientifique du DOE : Contributions à la recherche sur le plasma
L'étude du plasma aide les scientifiques à comprendre la matière. Cela les aide également à progresser vers l’objectif de l’énergie de fusion. Le Bureau scientifique du Département de l'énergie (DOE) soutient la recherche sur le plasma par le biais de ses programmes de sciences de l'énergie de fusion et de physique nucléaire. La recherche financée par le DOE sur le plasma a également amélioré la fabrication du semi-conducteurs trouvé dans tout, des téléphones et ordinateurs aux voitures. L'expertise en plasma a aidé les chercheurs des laboratoires nationaux du DOE à développer des moyens de contrôler la création de semi-conducteurs sur un atome-au niveau atome.