Le terme plasma a été introduit en 1928 par Irving Langmuir pour décrire un gaz ionisé. Quatrième état de la matière, un plasma est constitué de particules neutres (molécules, atomes, radicaux) et de particules chargées (ions, électrons) en constante agitation. Ces particules chargées sont en nombre suffisant pour donner au gaz les propriétés d’un conducteur électrique. 99% de la matière visible existe sous l’état plasma.
Cet état regroupe ainsi une immense diversité de plasmas, présents dans la nature ou fabriqués par l’homme. Dans l’espace par exemple, le terme plasma englobe aussi bien le milieu interstellaire diffus que le centre d’une étoile. Sur terre, les plasmas sont généralement associés à des phénomènes naturels comme la foudre, ou les aurores boréales.
Les plasmas artificiels, générés par l’homme, sont utilisés dans un nombre très divers d’applications industrielles et constituent un sujet de recherche très dynamique et pluridisciplinaire. Ils peuvent être regroupés en 3 grandes familles :
- Les plasmas chauds ou plasmas de fusion. Ce type de plasma vise à reproduire les réactions de fusion présentes au centre du soleil dans une enceinte confinée pour la production d’énergie électrique. Ces plasmas sont totalement ionisés. Le réacteur ITER, construit actuellement à Cadarache, doit démontrer expérimentalement la possibilité d’une telle production d’énergie à la communauté internationale.
- Les plasmas froids thermiques. Ces plasmas sont à l’équilibre thermodynamique, ce qui signifie que chaque espèce (électrons, ions, gaz neutre) est à la même température. Leurs principaux domaines d’application sont la métallurgie (soudure, découpe, projection thermique), les disjoncteurs et l’éclairage.
- Les plasmas froids hors d’équilibre. Leur caractéristique principale vient du fait qu’ils sont hors équilibre thermodynamique : la température électronique est de quelques électrons-Volts (1eV = 11605 K) alors que les ions et les neutres, plus lourds, restent à une température proche de la température ambiante. Leur taux d’ionisation reste modéré, entre 10-6 et 10-2. Ces plasmas sont utilisés à la pression atmosphérique, mais également à des pressions très basses. Une grande variété d’applications existe actuellement : dépollution, stérilisation, dépôt ou gravure de couches nanométriques, propulsion spatiale, etc.
Pour en savoir plus, vous pouvez consulter ces vidéos « grand public » en ligne sur YouTube :
 | Titre : LE PLASMA | En 1 minute Vidéo en français Durée : 1 min 44 s Savez-vous que le plasma compose 99% de l’univers ? De quoi est-il fait ? Où en trouve-t-on ? Toutes ces réponses en 1 minute ! Copyright : ScienceClic |
 | Titre : Qu’est ce que le plasma ? Vidéo en français Durée : 10 min 14 s Le plasma représente 99% de la matière de l’univers (sans prendre en compte l’énergie sombre et la matière noire), et pourtant il est très peu présent sur Terre. En visionnant cette vidéo, vous apprendrez ce qu’est un plasma et quelles sont les applications en lien avec. Copyright : Claire Douat – Polytech Orléans |
 | Titre : What Is Plasma? Vidéo en anglais Durée : 1 min 55 s Science expert Emerald Robinson explains what plasma is and how it reacts to its environment. Copyright : MonkeySee |
 | Titre : Plasma: The 4th State of Matter Vidéo en anglais Durée : 2 min 57 s Plasma is widely considered to be the fourth state of matter due to its unique properties. Plasma is a gas in which the atoms are ionized, meaning there are free negatively charged electrons and positively charged ions. This collection of charged particles can be controlled by electromagnetic fields and this allows plasmas to be used as a controllable reactive gas. The electronics industry uses this concept to etch very small patterns into silicon to make our modern day devices smaller and more efficient. Copyright : The Laboratory of Plasma Processing of Materials – University of Maryland |
Pour aller plus loin, vous trouverez un certain nombre de Webseminars sur le site du Réseau des Plasmas Froids du CNRS qui regroupe l’ensemble des laboratoires français qui étudient ou utilisent des plasmas froids.
Voici une liste non exhaustive des webseminars disponibles :
- Notions de base de spectroscopie électronique des molécules diatomiques dans le domaine de l’UV-visible : Xavier Mercier (PC2A)
- Etude des écoulements réactifs obtenus dans les plasmas de décharge : Khaled Hassouni (LSPM) , Anne Bourdon (EM2C)
- Physique des réacteurs plasmas radiofréquence : Pascal Chabert (UPMC, Palaiseau)
- Propulsion spatiale à plasma : Stéphane Mazouffre (ICARE, Orléans)
- Procédés émergents en projection plasma dans le contexte de la fabrication durable : Armelle Vardelle (SPCTS, Limoges)
- Ionosphère et magnétosphère : des plasmas naturels hauts en couleur : Joëlle Margot (Département de physique de l’université de Montréal)
- Phénomènes d’auto-organisation dans les plasmas froids hors-équilibre : Jean Pierre Boeuf (LAPLACE, Toulouse)