La matière est tout ce qui a une masse et un volume et elle se présente sous trois formes appelées états de la matière. Nous l’avons tous appris aux cours élémentaires. Les états de la matière sont : l’état solide, l’état liquide et l’état gazeux. Combien de fois ne l’avons-nous pas répété ?
Et si l’on vous disait qu’il en existe plus que trois car tel est le cas. Nous allons partir à la découverte d’un nouvel état de la matière, le quatrième plus précisément et nous en sommes sûrs, vous n’êtes pas au bout de vos surprises.
Il est visible naturellement sur terre, mais ne se manifeste qu’à des conditions de température et de pression très spécifiques. Aussi, il ne permet pas de transition brusque avec les autres états de la matière comme nous avons l’habitude de le voir. C’est également un excellent conducteur d’électricité et de magnétisme en raison de la présence d’électrons libres.
Il est sensible aux champs électromagnétiques, ce qui permet de le contrôler et de l’utiliser dans de nombreuses applications industrielles et médicales. Je suis… On espère que sans le titre du présent article, vous aurez pu trouver la réponse à cette identification. Il s’agit bien sûr du plasma. Allons donc à la découverte du 4ᵉ état de la matière.
Le plasma, quatrième état de la matière
Le plasma est un état de la matière que l’on trouve rarement dans la vie de tous les jours. Bien que méconnu du grand public, il est pourtant omniprésent dans l’univers, représentant plus de 99 % de la matière ordinaire.
En effet, le plasma est le quatrième état de la matière, après les solides, les liquides et les gaz. Il est présent dans les étoiles, les rayons cosmiques, les nuages de gaz interstellaires, les foudres, les aurores boréales et même dans notre propre corps.
Cela a rendu pendant longtemps difficile son observation et son étude. De plus, les propriétés chimiques de cet état restent globalement différentes de celles des autres. Mais malgré cela, il est plus présent dans notre quotidien que nous ne pouvons l’imaginer.
Origine
Le plasma est un gaz ionisé, c’est-à-dire un gaz qui a été chauffé à des températures extrêmes jusqu’à ce que les électrons soient arrachés des atomes qui le composent. Il est donc composé d’ions (atomes chargés électriquement) et d’électrons libres, qui se déplacent librement dans le gaz. Le plasma peut également contenir des atomes neutres, mais ceux-ci sont minoritaires.
Revenons-en aux origines. Le terme plasma a été pour la première fois utilisé en physique pour décrire cet état de la matière en 1928 par le physicien américain Irving Langmuir (prix Nobel de chimie 1932) par analogie au plasma sanguin. La découverte de cet état et de ses propriétés physiques et chimiques a été le moteur de plusieurs avancées technologiques majeurs de notre siècle.
On s’en sert notamment dans les technologies de décharges (les disjoncteurs de haute tension, les décharges micro-ondes, les lampes à gaz, les générateurs de rayons x), Dans la gravure et la propulsion, dans la fusion nucléaire. Ils entrent aussi dans la conception des écrans plasma (dont les lumières sont créées grâce à du phosphore excité par une impulsion électrique plasma, d’où le nom ‘’écran plasma’’).
D’autres applications n’en sont qu’à leur phase expérimentale, mais pourrait apporter des solutions dans les domaines du traitement des déchets, dans l’amélioration de combustions et dans la stérilisation…
Le plasma dans les applications industrielles et médicales
Le plasma est utilisé dans de nombreuses applications industrielles et médicales. Dans l’industrie, il est utilisé pour nettoyer les surfaces, modifier les propriétés de surface, graver les circuits intégrés et fabriquer des revêtements. Dans le domaine médical, il est utilisé pour stériliser les instruments médicaux, guérir les plaies et traiter le cancer.
C’est un état de la matière fascinant qui a des applications pratiques dans de nombreux domaines. En comprenant mieux les propriétés et les utilisations du plasma, nous pourrons explorer davantage de nouvelles applications et technologies dans le futur.
Le plasma dans l’univers
Le plasma est l’état de la matière le plus courant dans l’univers, car il est présent dans les étoiles, les nébuleuses, les rayons cosmiques et les vents solaires. En fait, plus de 99% de l’univers visible est composé de plasma.
Les étoiles, par exemple, sont des boules de plasma géantes qui brillent grâce à la fusion nucléaire. Les aurores boréales, quant à elles, sont le résultat de l’interaction entre le plasma et le champ magnétique terrestre. L’exemple le plus courant de plasma reste les flammes à haute température de la foudre.
- Les aurores boréales ou australes
Observables au pôle nord ou au pôle sud, elles sont caractérisées par des voiles extrêmement colorées dans le ciel nocturne. Elles sont provoquées par l’interaction entre les particules chargées des vents solaires et la haute atmosphère.
- Les vents solaires : qui sont des flux de plasma éjectés de la haute atmosphère du soleil
- L’ionosphère : couche de l’atmosphère caractérisée par une ionisation partielle des gaz et située entre 60 et 1000 km d’altitude sur terre.
- Les trainées d’étoiles : trainé lumineuse émise par un météoroïde entrant dans l’atmosphère terrestre.
- Feu de Saint-Elme : se manifeste par des lueurs apparaissant aux extrémités des mâts des navires et sur les ailes des avions.
Lorsqu’on soumet un milieu gazeux à un fort champs électrique, (30 KV / cm3 pour l’air à la pression atmosphérique) cela conduit à l’apparition d’électrons libres et d’ions positifs et lorsque le nombre ions est suffisamment important pour que le nombre d’électrons par unité de volume soit non négligeable par rapport à celui des atomes neutres le gaz devient alors un fluide conducteur appelé plasma.
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