C'est quoi le plasma?

Le plasma est le 4ème état de la matière. Lorsque l'on porte un gaz à très haute température, ses atomes s'ionisent, on obtient alors une soupe d'ions et d'électrons. Les "filaments" bleus sont l'endroit ou les atomes émettent un photon suite à une dés-excitation. Les éclairs sont un autre exemple d'ionisation de l'air qui émet de la lumière.

À gauche, on voit l'atome (Hydrogène) avec un noyau en rose et un nuage électronique en bleu. Le gaz est formé de ces atomes qui collisionnent entre eux.


 À droite, l'atome est ionisé. Le plasma contient des ions, des électrons et potentiellement des atomes. Certains atomes ont plusieurs électrons mais dès qu'il en perdent un, on dit qu'ils sont ionisés.

Pour ioniser un atome, soit un électron entre en collision avec un atome pour lui arracher un électron, soit un photon apporte l'énergie a l'atome. Ainsi l'énergie du choc ou du photon est utilisée pour libérer l'électron de l'atome. Cependant, électron(négatif) et atome ionisé (positif) s'attirent. Ils peuvent alors se recombiner en un atome lors de collisions ultérieures.

Pour observer l'état plasma, il faut que l'ionisation soit plus fréquente que la recombinaison. Le taux d'ionisation s'apprécie à l'aide de la densité d'électrons Ne et de la densité d'atomes N, il est définit par :

α=Ne / (Ne+N)

Lorsque α=0 il n'y a pas d'électron libre, on est en présence d'un gaz.
Lorsque α=1 tous les atomes sont ionisés, on est en présence d'un plasma.

L'équation de Saha permet d'apprécier le taux d'ionisation. Ce taux variant de manière suffisamment abrupte, on définit une température de transition de l'état gazeux à l'état plasma. On trace alors le taux d'ionisation en fonction de la température, faisant ressortir cette température critique.

On parle de plasma faiblement ou fortement ionisé suivant la valeur de α. Ce paramètre change le comportement du plasma, notamment au niveau des fréquences de collisions caractéristiques. Par exemple, s'il y a peu ou plus d'atome, il n'est alors plus nécessaire de prendre en compte la probabilité de collision avec un atome.