Modélisation et simulation numérique de la génération de plasma ...

2.2. Généralités sur les gaz ionisés et plasmasSelon la température de ses composants, un gaz ionisé prendra des noms différents. Dans unplasma dit chaud, toutes les espèces ont une température identique dont la valeur atteint quelquesmillions de degrés. Ces plasmas sont totalement ionisés et se rencontrent dans les étoiles où seproduisent des réactions de fusion nucléaire. Ces plasmas chauds représentent 99% de la matièrede l’univers. Les plasmas froids regroupent les gaz ionisés dont la température est inférieure àla centaine de milliers de degrés. Parmi ces plasmas froids, on distingue les plasmas en équilibrethermodynamique des plasmas hors équilibre thermodynamique. Dans les premiers, toutes lesespèces ont la même température. Il s’agit des plasmas de torche ou des plasmas d’arc. Dans lesseconds, seuls les électrons sont chauds, les particules lourdes restant à la température ambiante.Les plasmas dans les tubes d’éclairage à néon mais aussi les plasmas interstellaires entrent danscette classe.2.2.2 Degré d’ionisationDans leur état normal, les gaz sont des isolants électriques. En effet, ils ne contiennent quedes molécules neutres. Cependant, lorsqu’il leur est appliqué un champ électrique assez fort,ils deviennent conducteurs. Il se produit des décharges électriques, avec apparition d’électronset d’ions libres. Le résultat de telles décharges est la production d’un gaz ionisé contenant N eélectrons, N + ions positifs et N n neutres par unité de volume. En général, le gaz est macroscopiquementneutre. Ainsi, en considérant que les ions ne possèdent qu’une seule charge positive,on écrit : N e = N + = n. Ceci est dû aux forces électrostatiques intenses s’appliquant sur lesparticules chargées isolées.On définit le degré d’ionisation α d’un plasma par :α =nN n + nOn distingue les plasmas selon leur température et la densité des espèces chargées. Un aperçude l’ensemble des plasmas est donné Figure 2.1.Tout en introduisant les caractéristiques des plasmas, les paragraphes suivants permettent dedéterminer les trois critères qu’un gaz ionisé doit vérifier pour pouvoir être nommé plasma.2.2.3 NeutralitéLa première des caractéristiques d’un plasma est d’être quasiment neutre. Cette quasi neutralitéest réalisée lorsque la densité des particules chargées est suffisante. Dans ce cas, les particulesse répartissent de façon à neutraliser localement le milieu. Si une particule s’éloigne de sa position,les particules environnantes exercent sur elle une force de rappel. Ceci donne naissance à lanotion d’oscillation plasma.Oscillation plasmaOn peut considérer un plasma comme un nuage d’électrons imbriqué dans un nuage d’ions etde neutres de telle manière que la neutralité du gaz soit vérifiée. Si le nuage d’électrons se déplace,15