Physique des plasmas

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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^[1]. La physique des plasmas, tout comme la physique des liquides et des gaz, n'est pas un domaine de la physique à part entière. Elle est multi-branche, c'est-à-dire qu'elle réunit, utilise et approfondit les concepts fondamentaux d'autres branches de la physique (physique atomique, physique quantique, physique statistique, mécanique des fluides, chimie physique, etc.) pour l'adapter au problème complexe par nature de l'étude d'un ensemble disparate de particules chargées et non chargées soumises à divers champs de force. La chimie y tient également une part importante.

La transformation d'un gaz en plasma (gaz ionisé) 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 classiques, en présence d'un champ électromagnétique par exemple.

Un plasma 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.

Cet état est le plus répandu dans l'univers, on le trouve notamment dans les étoiles, les nébuleuses, le milieu interstellaire et aussi l'ionosphère terrestre. À une autre échelle, on trouve également des plasmas dans les tubes fluorescents, les propulseurs spatiaux, et certains réacteurs chimiques. Ils sont couramment utilisés dans l'industrie notamment en microélectronique et en traitement des matériaux.