Le plasma

Définition

Il faut savoir qu’à l'état solide, les atomes sont fermement emprisonnés dans un réseau rigide (comme dans la glace par exemple). Lorsque l'on augmente la température, on passe à l'état liquide (la glace se liquéfie), où les atomes peuvent glisser les uns par rapport aux autres. Si on chauffe encore, on arrive à l'état gazeux : les atomes se déplacent alors librement, indépendamment les uns des autres. Enfin, quand on arrive à de très hautes températures (typiquement plusieurs millions de degrés), les constituants de l'atome se séparent, noyaux et électrons se déplacent séparément et forment un mélange globalement neutre que l'on appelle plasma.

Ce quatrième état de la matière, que l'on retrouve dans les étoiles et le milieu interstellaire, constitue la majorité de notre univers (autour de 99 %). Sur Terre, on ne le rencontre pas à l'état naturel si ce n'est dans les éclairs ou les aurores boréales.

Utilité pour le nucléaire

Suivant la température, les atomes peuvent être partiellement ou totalement ionisés (c'est à dire que le noyau est partiellement ou totalement "épluché" de ses électrons). Un plasma peut donc être considéré comme un mélange d'ions chargés positivement et d'électrons chargés négativement, coexistant éventuellement avec des atomes et des molécules neutres. Par exemple, dans un tube luminescent, les ions et les électrons sont peu nombreux par rapport aux atomes et aux molécules. Par contre, dans les plasmas produits pour les expériences de fusion, le gaz est fortement ionisé, et les atomes et molécules sont en faible proportion, voire totalement absents dans le coeur de la décharge. Dans les deux cas, la description des plasmas s'inspire de la physique des gaz et de la mécanique des fluides, et utilise des grandeurs macroscopiques habituelles, telles que densité, température, pression, vitesse d'écoulement. L'énergie cinétique nécessaire à la fusion est fournie en chauffant le combustible à de très hautes températures. Pour la fusion D-T la température requise est de l'ordre de 100 à 150 millions de degrés centigrades. C'est pour cela qu'on parle souvent de réaction thermonucléaire. A de telles températures le combustible sous forme gazeuse est complètement ionisé et forme un plasma. Le plasma ne doit en aucun cas entrer en contact avec les parois de la chambre où a lieu la réaction car une partie de la surface de la paroi s'évaporerait, le plasma serait alors immédiatement pollué et par là même refroidi, détruisant ainsi les conditions requises pour les réactions de fusion. Le contrôle du plasma est alors réalisé à l'aide de champs magnétiques.