Voir la source de État plasma

{{voir homonymes|Plasma}}
[[Fichier:Ring of fire.jpg|thumb|upright|Le soleil est une boule de plasma.]]
[[Fichier:Plasma-lamp 2.jpg|thumb|[[Lampe à plasma]].|168x168px]]
[[Fichier:Flametest--.swn.jpg|thumb|upright|Les flammes de haute température sont des plasmas.]]

L''''état plasma''' est un [[état de la matière]], tout comme l'[[état solide]], l'[[liquide|état liquide]] ou l'[[gaz|état gazeux]], bien qu'il n'y ait pas de [[transition de phase|transition brusque]] pour passer d'un de ces états au plasma ou réciproquement. Il est visible sur [[Terre]], à l'état naturel, le plus souvent à des températures élevées favorables aux ionisations, signifiant l’arrachement [[électron|d'électron]]s aux [[atome]]s. On observe alors une sorte de « soupe » d'électrons extrêmement actifs, dans laquelle « baignent » également des [[ion]]s ou des molécules neutres. Bien que globalement électriquement neutre, le plasma est composé d’électrons et d’ions ce qui le rend très sensible à l'action de [[champ électrique|champs électrique]], [[champ magnétique|magnétique]] et [[champ électromagnétique|électromagnétique]] (internes comme externes) et ce qui rend sa dynamique, en général, d'une grande complexité. De plus, les propriétés chimiques de cet état sont assez différentes de celles des autres états ; elles sont parfois dites « exotiques ». Les exemples de plasmas les plus courants sur Terre sont les flammes de haute température et la foudre.

Le terme « plasma » (on parle aussi de « quatrième état de la matière »<ref group=alpha>On parle de {{4e|état}} parce que les propriétés d'un plasma sont très différentes de celles d'un gaz neutre, mais ce n'est pas un véritable état au sens de la [[thermodynamique]] car la transition de l'un à l'autre est progressive : il n'y a pas de [[transition de phase]] (pas de ligne de séparation dans le diagramme''[[température thermodynamique|T]]''-''[[pression|P]]'', pas de [[Enthalpie de changement d'état|chaleur latente]]{{etc.}}).</ref>) a été utilisé en physique pour la première fois par le [[physicien]] américain [[Irving Langmuir]] en 1928{{sfn|Franklin|Braithwaite|2019|p=1}}{{,}}{{sfn|Langmuir|1928|p=628}}, par [[analogie]] avec le [[plasma sanguin]]. La branche qui l'étudie est la [[physique des plasmas]].

== Formation d'un plasma ==
Dans les conditions usuelles, un milieu gazeux ne conduit pas l’[[électricité]] car il ne contient quasiment aucune particule chargée libre (électrons ou ions). Lorsque ce milieu est soumis à un champ électrique faible, il reste un isolant électrique car il n’y a pas d’augmentation du nombre de particules chargées. Mais si le gaz est soumis  à un fort [[champ électrique]] (par exemple, {{unité|30|kV/cm}}<ref>{{lien web| langue=en| url=http://hypertextbook.com/facts/2000/AliceHong.shtml| titre=Dielectric Strength of Air| site=hypertextbook.com| consulté le=8 octobre 2017}}.</ref> pour l{{'}}''[[air]]'' à la pression atmosphérique), des électrons libres et des ions positifs peuvent apparaître en quantité significative de telle sorte que le gaz devienne conducteur.

Lorsque l’[[ionisation]] est suffisamment importante pour que le nombre d’électrons par unité de volume (n<sub>e</sub>) ne soit pas négligeable par rapport à celui des atomes neutres (n<sub>n</sub>), le gaz devient alors un fluide conducteur appelé plasma dont le degré d’ionisation est défini par la formule : 

<math>\tau=\frac{n_e}{n_e + n_n}</math>

qui est l’un des paramètres importants pour caractériser un plasma.

Les particules chargées électriquement qui composent le plasma sont soumises aux [[Force de Laplace|forces de Laplace]]. Le fluide est donc sensible aux [[champ magnétique|champs magnétiques]] et peut, par exemple, être dévié ou déformé par un champ magnétique (aimant par exemple).

Typiquement, l'[[énergie d'ionisation]] d'un atome ou d’une molécule est de quelques [[électronvolt]]s (eV). La température nécessaire pour former un plasma en [[équilibre thermodynamique]] (généralement local) est donc celle à partir de laquelle l'[[énergie thermique]], qui peut être estimée par le produit [[kT (énergie)|''kT'']], atteint cet ordre de grandeur, c'est-à-dire lorsque ''kT'' ≈ {{unité|1|eV}}, soit une température d'environ {{unité|11000|[[kelvin|K]]}}.

== Classifications de plasmas ==
Il existe une très grande diversité de plasmas, distingués par au moins une de leurs propriétés.

Par exemple, si le [[Degré d'ionisation|degré d’ionisation]] est considéré, les plasmas sont classés en « plasmas chauds » et « plasmas froids ». Les plasmas fortement ionisés sont nommés « plasmas chauds » par opposition des plasmas faiblement ionisés, dit plasmas froids<ref>{{Article |langue=Français |auteurs=Pointu A.M., Perrin J. et Jolly J. |titre=Plasmas froids de décharge. Propriétés électriques. |périodique=Techniques de l’Ingénieur |série=Traité Génie électrique D2830 D2 |année=1997 |lire en ligne= }}.</ref>.

L’échelle de température des plasmas va de la température ambiante à plusieurs millions de [[kelvin]] pour un plasma de [[Fusion nucléaire|fusion thermonucléaire]]. Un [[plasma d’arc]] d’environ {{unité|10000 K}} fait ainsi partie de la famille des plasmas froids<ref>{{Lien web |langue=fr |titre=Bienvenue sur le site du Réseau Plasmas Froids |url=http://plasmasfroids.cnrs.fr/ }}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=Anglais |auteur1=Adamovich I et al |titre=The 2017 Plasma Roadmap: Low temperature plasma science and technology |périodique=J. Phys. D: Appl. Phys. |numéro=50 323001 |date=14 juillet 2017 |lire en ligne= }}.</ref>.

Ceci étant dit, les frontières ne sont pas bien définies et parfois, d’autres familles comme celle des « plasmas naturels » sont définies à côté des deux familles susmentionnées. Par exemple, l’objectif de la division plasmas de la [[Société française de physique]] (SFP) est de rassembler la communauté des physiciens des trois grands domaines des plasmas (naturels, chauds ou de fusion, froids ou industriels)<ref>{{Lien web |langue=Français |titre=Que fait-on dans la division ? |url=https://www.sfpnet.fr/thematique/physique-des-plasmas |date= }}.</ref>.

* Selon la ''pression'', on distingue les plasmas « à haute pression » (dont les plasmas à [[pression atmosphérique]]) et ceux « à basse pression » (par exemple les [[Gravure au plasma|plasmas de gravure en microélectronique]]).
* Selon l’''[[équilibre thermodynamique]]'' (généralement local) atteint ou non, les plasmas se classent dans les « plasmas en équilibre » et les « plasmas hors équilibre (''nonequilibrium'') ».
* Selon la ''température des espèces lourdes'', les plasmas froids se divisent en plasmas thermiques et non thermiques.
* Selon la ''nature de la source d’énergie'' pour la production de plasma, on distingue les plasmas DC, les plasmas RF, les plasmas micro-ondes, les plasmas transitoires, laser plasma…
* Selon la ''configuration électro-mécanique'', les plasmas couronnes, les plasmas DBD…

== Exemples ==
[[Fichier:Plasma scaling.svg|redresse=2|vignette|Les différents plasmas en fonction de leur température par rapport à leur [[densité]].]]

Les plasmas sont extrêmement répandus dans l'[[Univers]] puisqu'ils représentent plus de 99 % de la [[Matière baryonique|matière ordinaire]]<ref>{{Ouvrage|langue=en|prénom1=R. Paul|nom1=Drake|titre=High-Energy-Density Physics|sous-titre=Fundamentals, Inertial Fusion, and Experimental Astrophysics|lieu=Berlin|éditeur=Springer Science & Business Media|année=2006|pages totales=534|passage=19|isbn=978-3-540-29314-9|lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=P-3OeLJZN1YC&pg=PA19|consulté le=2016-11-02}}.</ref>. Toutefois, ils passent presque inaperçus dans notre environnement proche, étant donné leurs conditions d'apparition très éloignées des conditions de température et de pression de l'atmosphère terrestre.

[[Fichier:Plasma de laboratoire et magnétisme.jpg|vignette|Plasma de laboratoire formé sous basse pression par une haute tension électrique (600 V) dans un tube en verre. Le fluide est déformé par un aimant permanent en vertu des forces de Laplace.]]
Ainsi, on distingue les plasmas naturels :
* le [[plasma astrophysique]] ;
* les [[étoile]]s, [[nébuleuse]]s gazeuses, [[quasar]], [[pulsar]] ;
* les [[aurore polaire|aurores boréales]] ;
* la [[foudre]] ;
* l'[[ionosphère]] ;
* le [[vent solaire]] ;
* la queue des [[comètes]] ;
* la traînée des [[étoiles filantes]] ;
* le cœur des flammes<ref group=alpha>La question de savoir si les [[flamme (combustion)|flammes]] sont ou non des plasmas n'est pas aisée : si le gaz présent dans la flamme est lumineux, c'est essentiellement en raison de la température due aux réactions de combustion exothermiques (ce gaz se comporte approximativement comme un [[corps noir]]) et il n'est que partiellement ionisé. Pour les flammes de basse température, seul le cœur de flamme est en général ionisé. En revanche, les flammes de haute température sont des plasmas du fait de leur plus forte ionisation.</ref>

et les plasmas industriels :
* les {{page h'|décharge électrique|décharges électriques}} (arcs comme dans les [[disjoncteurs à haute-tension]] ou les torches, ou d'autres types de décharges comme dans les lampes à gaz, les décharges micro-ondes, ou les générateurs de [[rayon X]]) ;
* les plasmas de traitement pour dépôt, gravure, modification de surface ou dopage par [[implantation ionique]] ;
* dans certains types de [[Téléviseur#Écran plasma|téléviseurs]] ;
* la [[Propulsion électrique (spatial)|propulsion par plasmas]] ;
* la [[fusion nucléaire]] (qui concerne les machines de type [[tokamak]], [[stellarator]], [[Z-pinch]]...).

== Plasmas spécifiques et applications ==
De nombreuses autres applications ne sont encore que des expériences de [[laboratoire de recherche|laboratoire]] ou des prototypes ([[radar]], amélioration de combustion, stérilisation{{etc.}}) :
* [[plasma quarks-gluons]], un état de la matière où les quarks et les gluons ne sont plus confinés dans des particules, mais libres ;
* [[plasma astrophysique]], une matière qui représente la grande proportion de l'espace en dehors des galaxies, étoiles et planètes ;
* [[Fusion nucléaire|plasma de fusion]], créé avec des lasers ou autres rayonnements ;
* ''[[plasma stealth]]'', utilisation de plasma dans la recherche de la furtivité ;
* [[lampe à plasma]], qui utilise la luminosité du plasma ;
* [[écran à plasma]], écran plat dont la lumière est créée par du [[phosphore]] excité par une impulsion électrique à plasma ;
* [[torche à plasma]], méthode de génération de plasma utilisée dans différentes applications (en chimie, [[traitement des déchets]]{{etc.}}) ;
* [[accélération laser-plasma]], méthode de production de faisceaux d'électrons.

== Dans la culture populaire ==
Dans de nombreuses œuvres de sciences fiction, telle que ''[[Star Wars]]'', [[Halo (série)|''Halo'']] et ''[[Transformers]]'', le plasma et les plasmoïdes sont à la base d'armes imaginaires, souvent similaires au [[focalisateur de plasma dense]] (« canon à plasma »).

Durant les années 2010, la création de plasma à partir de raisins chauffés dans un four à micro-ondes domestique est devenue une expérience populaire répandue<ref>De nombreuses vidéos sont devenues virales sur la plateforme [[YouTube]].</ref>{{refins|date=septembre 2024}}. En 2019, ce phénomène a été expliqué de manière rigoureuse<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Hamza K. |nom1=Khattak |prénom2=Pablo |nom2=Bianucci |prénom3=Aaron D. |nom3=Slepkov |titre=Linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimers |périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences |volume=116 |numéro=10 |pages=4000–4005 |date=2019-03-05 |issn=0027-8424 |issn2=1091-6490 |pmid=30782800 |pmcid=PMC6410810 |doi=10.1073/pnas.1818350116 }}.</ref>. Les raisins étant assimilables à de petite sphères à forte teneur en eau, la longueur des micro-ondes auxquelles on les expose est modifiée et l'énergie se concentre au centre du fruit. Lorsque deux raisins ainsi irradiés sont placés côte à côte, un transfert d'électron se produit dans le petit espace qui sépare les deux fruits, ce qui produit l'apparition de plasma.

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références| groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Voir aussi ==

=== Bibliographie ===
* {{Article | langue=en | prénom=Lewi | nom=Tonks | titre=The birth of ''plasma'' | périodique=[[American Journal of Physics]] | volume=35 | numéro=9 | mois=09 | année=1967 | pages=857-858 | doi=10.1119/1.1974266 | bibcode=1967AmJPh..35..857T | libellé=Tonks 1967}}.
* {{Article | langue=en | prénom1=Raoul N. | nom1=Franklin | prénom2=Nicholas St J. | nom2=Braithwaite | titre=Editorial | sous-titre={{nobr|80 years}} of plasma | périodique={{lien|Plasma Sources Science and Technology}} | volume=18 | numéro=1 | titre numéro={{nobr|80 years}} of plasma : a collection of reviews and research articles celebrating the 80th anniversary of Irving Langmuir's coining of the word ''plasma'' | mois=02 | année=2019 | pages={{art.}}{{numéro|010201}}, {{nb p.|3}} | oclc=4843704287 | doi=10.1088/0963-0252/18/1/010201 | bibcode=2009PSST...18a0201F | libellé=Franklin et Braithwaite 2019}}.
* {{Article | langue=en | prénom=Irving | nom=Langmuir | lien auteur=Irving Langmuir | titre=Oscillations in ionized gases | périodique=[[Proceedings of the National Academy of Sciences]] | volume=18 | numéro=8 | date=1/8/1928 | pages=627-637 | oclc=5554111442 | pmid=16587379 | pmcid=PMC1085653 | doi=10.1073/pnas.14.8.627 | bibcode=1928PNAS...14..627L | jstor=85270 | libellé=Langmuir 1928}}.

=== Articles connexes ===
{{colonnes|taille=20|
* [[Actionneur de plasma]]
* [[Électron]]
* [[État de la matière]]
* [[Gaz]]
* [[Lampe à plasma]]
* [[Physique des plasmas]]
* [[Torche à plasma]]
}}

{{Palette|État de la matière}}

{{Portail|physique|chimie}}

[[Catégorie:Phase|Plasma]]
[[Catégorie:Physique du solide]]