Le plasma, tout comme le solide, le liquide, ou le gaz, est un état de la matière. Il n'est visible sur Terre qu'à très haute température, quand l'énergie est telle qu'elle réussit à arracher des électrons aux atomes. On observe alors ce qu'il est convenu d'appeler une sorte de « soupe » d'électrons extrêmement actifs dans laquelle « baignent » des noyaux d'atomes.
Dans les conditions usuelles, un milieu gazeux ne permet pas la conduction de l’électricité. Lorsque ce milieu est soumis à un champ électrique faible, un gaz pur est considéré comme un isolant parfait, car il ne contient aucune particule chargée libre (électrons ou ions positifs). Les électrons libres et les ions positifs peuvent apparaître si on soumet le gaz à un champ électrique de forte intensité ou à des températures suffisamment élevées, si on le bombarde de particules ou s’il est soumis à un champ électromagnétique très intense.
Lorsque l’ionisation est assez importante pour que le nombre d’électrons par unité de volume soit comparable à celui des molécules neutres, le gaz devient alors un fluide très conducteur qu’on appelle plasma.
À l’origine, un plasma désignait un gaz ionisé globalement neutre, puis cette définition a été étendue aux gaz partiellement ionisés dont le comportement diffère de celui d’un gaz neutre. Aujourd'hui, on parle de plasma lorsque la matière que l'on observe contient un grand nombre de particules de natures différentes qui peuvent interagir entre elles et avec l'environnement : c'est une soupe d'électrons, cations, anions, atomes neutres, agrégats (clusters)...Pour caractériser un plasma, il faut tenir compte du nombre d’espèces présentes et de leurs différents états de charge, puis étudier l’évolution de la densité, de la température et de la fonction de distribution dans l’espace et en vitesse, ce pour toutes les réactions susceptibles de se produire, qu’elles soient chimiques ou nucléaires, sans oublier les collisions qui peuvent avoir lieu. Si les processus de recombinaison entre électrons et ions n’équilibrent pas le processus d’ionisation, le plasma est dit hors d’équilibre thermodynamique.
Pour distinguer ces définitions, le plasma dit de matière est constitué d'électrons et d'ions incapables de former des atomes tandis que le plasma de quarks appelé plasma quark-gluon est formé des quarks incapables de se combiner pour former des neutrons, protons, etc. Un plasma de neutrons et protons est observé lorsque ces particules sont trop excitées pour former des ions.
Différents PLASMAS
Les plasmas sont extrêmement répandus dans l'Univers puisqu'ils représentent plus de 99 % de la matière connue. Toutefois, ils passent presque inaperçus dans notre environnement proche, « la Terre », étant données leurs conditions d'apparition très éloignées des conditions nécessaires à la vie terrestre.
Ainsi on peut distinguer les plasmas naturels et les plasmas industriels :
- les plasmas naturels :
- les étoiles, nébuleuses gazeuses, quasar, pulsar ;
- les aurores boréales ;
- les éclairs ;
- l'ionosphère ;
- le vent solaire ;
- les plasmas industriels :
- dans les téléviseurs ;
- les décharges (comme dans un disjoncteur à haute-tension), ou tube à décharges (lampes, écrans, torche de découpe, production de rayon X) ;
- les plasmas de traitement pour dépôt, gravure, modification de surface ou dopage par implantation ionique ;
- la propulsion par plasmas ;
- la fusion nucléaire (voir aussi Tokamak, Stellarator et Z-pinch) ;
- et de nombreuses autres applications qui ne sont encore que des expériences de laboratoire ou des prototypes (radar, amélioration de combustion, traitement des déchets, stérilisation etc.).
À une autre échelle, on trouve également des plasmas dans les tubes fluorescents, les propulseurs spatiaux. Ils sont couramment utilisés dans l'industrie notamment en micro-électronique.
Un plasma, du fait qu'il contient des espèces ionisées, contient aussi des électrons libres (par neutralité globale du plasma, exception faite des faisceaux de particules). Les électrons ont une masse 2000 fois plus faible que les ions (le rapport masse du proton ou du neutron sur masse de l'électron vaut plus exactement 1836), ils ont donc moins d'inertie et sont plus « réactifs ». Il est donc plus facile de donner de l'énergie aux électrons qu'aux espèces plus lourdes, les ions. On va alors scinder les plasmas en deux catégories :
- « plasma froid » aussi appelé « plasma non thermique », « plasma bitempérature » ou encore « plasma hors équilibre » : seuls les électrons ont acquis assez d'énergie pour effectuer des réactions (essentiellement chimiques).
- « plasma chaud » ou encore « plasma thermique » : les électrons, mais aussi les ions sont assez énergétiques pour influencer le comportement du plasma.
Pourquoi cette dénomination ? En physique des plasmas, on mesure l'énergie cinétique des électrons ou des ions par leur température (comme en physique statistique : 
Comme il y a plusieurs espèces d’ions la Composition ionique est un autre paramètre intéressant. Avec la densité électronique, qui est de première importance pour la Propagation des ondes radio, on a donc quatre paramètres caractérisant le plasma ionosphérique.
1902 : Les ondes électromagnétiques ne se propagent qu'en ligne droite, du moins dans un milieu homogène. Pour expliquer comment les signaux radiotélégraphiques émis par Marconi ont pu contourner la rotondité de la Terre, Heaviside en Angleterre et Kennelly en Amérique imaginent l'existence à très haute altitude de couches réfléchissantes pour les ondes radio : les couches de Kennelly-Heaviside.
Le rayonnement, de l’ultraviolet jusqu’aux rayons X modifie sérieusement les conditions en déchirant des molécules (dissociation) ou en leur arrachant un électron (ionisation).
Une partie non négligeable de tous ces composants neutres est ionisée de façon qu’il y a au milieu des neutres une population de différents ions et une autre d’électrons libres au même nombre total.
Une ionisation très localisée et pendant une très courte durée peut être provoquée par les chutes de météorites.
Dans la partie basse de l'ionosphère, la densité de molécules d'air est encore élevée, les collisions entre électrons et ions sont fréquentes ; un électron peut retrouver rapidement un ion positif : la recombinaison est rapide. Dans les couches les plus hautes, la recombinaison est plus lente et l'ionisation ne diminue que lentement après que le rayonnement solaire s'interrompt avec le coucher du Soleil.
Depuis les années 1960, les satellites artificiels et sondes spatiales ont permis une meilleure compréhension in situ des phénomènes ionosphériques et les interactions avec la magnétosphère. De plus, durant ces mêmes années s'est développée une nouvelle technique d'étude de l'ionosphère depuis le sol : la diffusion incohérente.
*** Sachez que les SONDEURS dont le texte suivant vous parle servent plutôt à créer des orages mais sous le couvert des mots ''sondeurs'' et de ''expérimentations''
Dans cette technique, une onde UHF (400 MHz à 1 GHz suivant les installations) de très forte puissance (plusieurs centaines de kW) est émise vers l'ionosphère où elle est diffusée dans toutes les directions par les électrons ionosphériques. La puissance reçue au sol en retour est très faible et nécessite de grandes antennes et un traitement du signal pour extraire les informations. Cette technique permet d'avoir accès à la composition de l'ionosphère, la température des ions, ainsi qu'aux vitesses de déplacement de ces ions (« vents ionosphériques »). Des sondeurs furent installés en France à Saint-Santin-de-Maurs avec trois récepteurs dont le radiotélescope de Nançay, en Grande-Bretagne à Malvern, aux États-Unis à Millstone Hill et Arecibo (Porto-Rico), au Pérou à Jicamarca, ainsi qu'en Russie. Les trois derniers ainsi qu'Eiscat, le sondeur européen implanté dans le Grand nord scandinave, sont toujours en activité.
Pour expliquer la formation des couches ionisées il est important de connaître la composition de l’atmosphère neutre qui varie en fonction de l’altitude. Dans des conditions idéales chaque composant se distribuerait indépendamment des autres c'est-à-dire la partie des gaz légers augmenterait en fonction de l’altitude. Ceci est correcte aux altitudes élevées de la thermosphère. Mais, au dessous d’environ 100 km des mouvements remontants à des origines différentes, par exemple les marées, mélangent les composants de façon que la composition reste la même partout, donc les composants prépondérants sont diazote et dioxygène. Un autre phénomène change considérablement la composition dans la thermosphère à savoir la dissociation des molécules. Le dioxygène surtout est transformé en oxygène atomique dont l’ionisation est provoquée par une autre partie du spectre ultraviolet. Avec ces atomes la dissociation de diazote mène à la formation de la molécule NO. Enfin, dans la très haute thermosphère il y a prépondérance des gaz légers à savoir Helium et Hydrogène.
La propagation des ondes radio de fréquences comprises entre quelques centaines de kilohertz et quelques dizaines de mégahertz est intimement liée à l'état de l'ionosphère.
Les lampes fluorescentes contiennent un mélange d'argon et de vapeur de mercure à basse pression, et pas forcément de néon comme le langage populaire le laisserait croire. La lumière visible est produite par deux processus successifs : L'ionisation du mélange gazeux sous l'effet d'un courant électrique génère des rayonnements dans la gamme des ultraviolets (donc invisible), mais très énergétique. Les conditions de décharges sont optimisées pour qu'un maximum (60-70 %) de la puissance consommée soit rayonnée dans les deux raies de résonance du mercure à 184,9 nm et 253,7 nm. Le contenu en mercure des lampes fluorescentes peut varier de 3 à 46 mg1. Elles contiennent du mercure, un métal toxique, et requièrent d'être traitées séparément des autres déchets ménagers. Le mercure représente un danger important pour les femmes enceintes, les nouveau-nés et les enfants en général.
==================================
Ce n'est qu'en 1895 que Thomas Edison inventera une lampe fluorescente à partir d'un tube à rayon X dont la surface interne de l'ampoule est enduite de tungstate de calcium. Cette substance convertit une partie des rayonnements X en lumière blanche bleutée avec une efficacité lumineuse trois fois supérieure à celle des lampes à filament de carbone de l'époque, ce pour une durée de vie bien plus longue. Ces performances auraient pu propulser cette lampe sur le marché de l'éclairage mais le rayonnement X produit par cette lampe enverra au cimetière un employé d’Edison.
=====================================
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire