Le plasma est la forme de matière la plus abondante dans notre univers. Pourtant, à l’état naturel, mis à part dans les éclairs ou les aurores boréales, on en rencontre peu sur Terre. Pour l’étudier, les chercheurs en créent alors de manière artificielle. Et aujourd’hui pour la première fois, à partir d’un métal liquide !
au sommaire
Solide, liquide et gazeux. Ces trois états de la matière sont familiers au commun des mortels. Les scientifiques, eux, s'intéressent tout particulièrement à un autre état de la matière qui peut nous sembler un peu plus « exotiqueexotique » : le plasma. Dans notre univers pourtant, la plus grande part de la matière se trouve sous cette forme. Mais ses propriétés restent encore mystérieuses.
Aujourd'hui pour la première fois, des chercheurs de l'université de Rochester (États-Unis) annoncent être parvenus à transformer un métal liquide en plasma. Ils ont ainsi pu observer la température à laquelle, dans des conditions de haute densité, il passe à l'état de plasma. Des travaux qui pourraient avoir des implications dans l'étude des étoiles et des planètes, mais qui pourraient aussi aider à atteindre, enfin, les conditions d'une fusion nucléaire contrôlée, source d’énergie alternative dont rêvent depuis longtemps les chercheurs.
Rappelons que le plasma peut être vu comme une soupe chaude d'électrons et d'ionsions en mouvementsmouvements libres. Une soupe particulièrement sensible aux champs électriqueschamps électriques et magnétiques et dont la dynamique s'avère complexe. Sur Terre, les conditions de température et de pressionpression nécessaires à la formation de plasma sont rarement réunies. Mais les scientifiques savent en produire, généralement en chauffant un gazgaz à des milliers de degrés Celsiusdegrés Celsius.
Environ 50.000 °C pour transformer du métal liquide en plasma
Les chercheurs de l'université de Rochester, quant à eux, ont créé un plasma en chauffant, dans des conditions de densité élevée, un métal à l'état liquideétat liquide à de très hautes températures. Comment ont-ils procédé ? Ils sont partis d'un deutérium liquide dont ils ont augmenté la densité en le refroidissant à 21 kelvinskelvins, soit quelque -250 °C. Grâce à des laserslasers, ils ont ensuite déclenché une puissante onde de choc qui a comprimé le deutérium liquide ultra-froid, faisant exploser sa pression jusqu'à 5 millions de fois celle de la pression atmosphériquepression atmosphérique et sa température à quelque 100.000 °C.
“Plus qu’une curiosité de laboratoire”
De transparenttransparent, l'échantillon a pris une couleurcouleur métallique hautement réfléchissante. Et c'est en surveillant son facteur de réflexion que les chercheurs ont pu observer les conditions précises dans lesquelles ce simple métal liquide est devenu un plasma dense.
« Aux alentours de 50.000 °C, le facteur de réflexion s'est mis à augmenter avec une pente qui trahit des électrons non plus quantiques -- comme c'est le cas dans un métal liquide à haute densité -- mais classiques : la signature d'un plasma », explique Mohamed Zaghoo, chercheur à l'université de Rochester. Ce qui est remarquable, c'est que les conditions dans lesquelles s'est produit le changement d'état apparaissent différentes de celles que nous attendions. Nos résultats ne constituent pas une simple curiosité de laboratoire. Ils apportent un nouvel éclairage sur notre manière de comprendre le fonctionnement de notre univers. Car ce comportement pourrait bien être commun à tous les métauxmétaux. »
Ce qu’il faut
retenir
- Dans notre univers, les plasmas sont extrêmement répandus.
- Sur Terre, ils sont beaucoup plus rares, mais les chercheurs savent en fabriquer.
- Aujourd’hui, pour la première fois, ils ont transformé un métal liquide en plasma dans des conditions de haute densité.
- Des travaux qui pourraient aider à mieux comprendre ce qu’il se passe dans les étoiles et les planètes, mais aussi à maîtriser enfin la fusion nucléaire comme source d’énergie alternative.
