Formation d’analogues aux aérosols : Les plasmas poudreux
Résumé
Les plasmas sont des gaz ionisés qui se rencontrent dans l’industrie mais qui sont également très présents dans la nature. En effet, constituants principaux des étoiles, ils se rencontrent également dans les comètes et certaines atmosphères planétaires. Sur Terre, on les trouve notamment dans les éclairs ou les aurores boréales. Ces plasmas contiennent souvent des particules solides en suspension et on parle alors de plasmas poudreux (ou poussiéreux, en anglais dusty plasmas ou complex plasmas).
Au laboratoire GREMI, ces plasmas sont étudiés depuis de nombreuses années, notamment grâce à des diagnostics électriques et optiques. Des poudres micrométriques sont injectées artificiellement dans le plasma ou elles sont formées au sein de celui-ci par l’intermédiaire de précurseurs gazeux. Dans ce dernier cas, des gaz réactifs à base de silicium (silane) ou de carbone (méthane, acétylène) sont généralement utilisés. Des liquides (alcools légers) sont également vaporisés pour certaines applications liées à la formation de suies issues de biocarburants. Généralement, les poudres se forment et croissent via une succession complexe de réactions chimiques et physiques par des processus de nucléation, coagulation, agglomération et adsorption.
Du fait des interactions entre les particules chargées du plasma (ions, électrons) et les poudres, ces dernières se chargent électriquement. Elles acquièrent généralement une charge négative, due à la plus grande mobilité des électrons, qui va déterminer leurs mouvements, leur transport au sein du plasma et leurs interactions. Lorsque la densité de poudres est élevée, les caractéristiques du plasma environnant se trouvent fortement affectées avec une réduction des électrons libres et parfois l’apparition d’instabilités à basse fréquence.