Introduction

L’état de plasma est souvent appelé quatrième état de la matière en complément des états solides, liquides ou gazeux. Contrairement à ces derniers qui sont constitués d’atomes neutres, un plasma comporte des particules chargées (ions positifs ou négatifs et électrons).

Il faut ainsi prendre en compte l’interaction électrique entre les particules pour estimer les propriétés physiques des plasmas, ce qui en fait toute leur complexité. Les plasmas, grâce à leurs charges libres peuvent créer du rayonnement, générer des courants électriques et produire des champs électromagnétiques. Les plasmas constituent la majeure partie de la matière de l’Univers. Une flamme, un éclair, une aurore boréale ou une étoile sont composés de plasma. Au sein du laboratoire, ils apparaissent dans plusieurs situations. C’est le cas, par exemple, de la fusion par confinement inertiel (FCI) où la matière fortement comprimée et chauffée se transforme en plasma afin que les noyaux d’hydrogène (donc les protons) fusionnent pour produire la même énergie que dans le Soleil. Sans nécessiter une compression, les plasmas sont produits de manière courante en irradiant une cible solide, liquide ou gazeuse, avec un faisceau laser. L’énergie déposée par le laser provoque alors le chauffage, la vaporisation et l’ionisation de la cible et, en retour, le plasma peut modifier la propagation et le dépôt d’énergie du faisceau. De plus, dans le cas de lasers d’ultra-haute intensité les particules chargées, sensibles au champ électromagnétique du laser, sont susceptibles d’être éjectées jusqu’à des vitesses relativistes. Enfin, alors que l’énergie cinétique des particules est grande devant l’énergie d’interaction dans les plasmas précédemment évoqués, la situation inverse peut aussi se produire auquel cas la dynamique quantique des particules doit être prise en compte. C’est le régime de la matière dense et tiède. Ces différents aspects sont examinés dans les cinq volets ci-dessous.