plasma

Fluide composé de molécules gazeuses électriquement neutres, d'ions positifs et d'électrons négatifs.

PHYSIQUE

C'est l'Américain I. Langmuir, en 1928, qui a utilisé pour la première fois le vocable « plasma » pour désigner un gaz entièrement ionisé, en raison de sa ressemblance visuelle avec le plasma sanguin. Aujourd'hui, par abus de langage, on a pris l'habitude d'appeler « plasma » tout gaz ionisé, quel que soit son degré d'ionisation.

Propriétés

Les plasmas sont souvent décrits comme le « quatrième état de la matière », faisant suite, dans une échelle de températures croissantes, aux solides, aux liquides et aux gaz. Dans un gaz ordinaire, les charges positives (protons) du noyau d'un atome sont entourées par le même nombre de charges négatives (électrons) et chaque atome est électriquement neutre. Un gaz devient un plasma lorsqu'il reçoit un apport d'énergie suffisant pour arracher à ses atomes une partie, voire la totalité de leurs électrons. Les plasmas ont un certain nombre de propriétés mécaniques en commun avec les gaz mais leurs propriétés électriques sont complètement différentes. Les propriétés des plasmas dépendent généralement du type d'atome, du taux d'ionisation (mesuré par la proportion d'atomes ayant été dépouillés d'un ou de plusieurs de leurs électrons) et de la quantité d'énergie déposée.

Étude scientifique

La physique des plasmas est un domaine de la physique qui étudie les propriétés, la dynamique des plasmas et leurs applications. Les plasmas sont, notamment, au cœur des recherches en magnétohydrodynamique et dans le domaine de la fusion thermonucléaire. En astrophysique, leur étude revêt une grande importance, car ils sont extrêmement répandus dans l'Univers : on estime qu'ils représentent plus de 99 % de la matière visible (étoiles, milieu interstellaire, magnétosphères, ionosphères…).

Applications industrielles

Les plasmas ont aussi des applications industrielles. Ils sont utilisés notamment en microélectronique (gravure de microprocesseurs, dépôts sur des substrats) et pour des traitements de surface dans l'industrie des semi-conducteurs, dans les technologies liées aux couches minces, en optique ou en métallurgie. Les torches à plasma – dispositifs permettant de produire, à partir de gaz et d'électricité, un jet de plasma qui engendre une flamme très chaude (jusqu'à 15 000 °C) – sont utilisées pour le soudage ou le coupage des métaux, pour la destruction de déchets de différents types, plus particulièrement la vitrification des résidus d'incinération, des déchets amiantés, des déchets nucléaires…

Écran à plasma

Dans un écran à plasma, chaque élément d'image (pixel) est constitué d'une cellule contenant un mélange de gaz rares (néon et xénon) sous faible pression, dont les dimensions sont de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre.

L'écran lui-même est constitué de deux dalles de verre parallèles, plaquées l'une contre l'autre et écartées d'environ 0,1 mm, dont les surfaces en vis-à-vis comportent des réseaux d'électrodes parallèles (mais disposées perpendiculairement sur les deux dalles) recouverts d'une couche isolante. La dalle arrière est divisée en centaines de milliers cellules remplies du mélange gazeux sous faible pression et tapissées de luminophores. Quand une tension électrique est appliquée aux électrodes, la décharge génère dans les cellules un plasma (comme dans un tube fluorescent). Celui-ci émet du rayonnement ultraviolet. Sous l'excitation due à ce rayonnement, la couche phosphorescente émet à son tour une lumière visible colorée (en rouge, vert et bleu) au travers de la dalle de verre avant. 

Cette technologie permet la réalisation d'écrans plats de grande dimension, appréciés notamment pour le home cinéma. L'adressage de chaque point de l'écran se faisant de façon matricielle et non plus par balayage comme dans le cas des écrans cathodiques traditionnels, le confort visuel est grandement amélioré (absence d'effet de scintillement et de distorsion latérale de l'image). Les téléviseurs équipés de ce type d'écran ont, par ailleurs, une durée de vie très supérieure à celle des appareils dotés d'un écran cathodique : ils peuvent fonctionner plus de 20 000 h, soit plus de 10 ans à raison de 5 h par jour.

La propulsion plasmique

Dans le domaine spatial, la propulsion plasmique – basée sur l'utilisation d'un plasma accéléré par un champ électromagnétique – pourrait dans l'avenir remplacer avantageusement la propulsion chimique pour assurer les manœuvres et le bon positionnement des satellites en orbite, en autorisant des économies substantielles de poids sur le carburant. → propulsion ionique