Sciences et croyances

Le plasma, l'état fondamental de la matière


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Donald E. Scott
Samedi 10 Mai 2014

Le plasma, l'état fondamental de la matière


The Electric Sky, Donald E. Scott


Définitions


    Quand il manque à un atome un ou plusieurs électrons externes, nous disons que l'atome est devenu « ionisé ». Manifestant alors une charge électrique nettement positive, il est appelé « ion positif ». D'autre part, si un électron supplémentaire est rajouté à un atome neutre, portant alors une charge nettement négative, la combinaison est désignée sous le nom de « ion négatif ». Les forces électriques entre ions opposés sont des ordres de grandeur plus puissantes que toutes les forces mécaniques, par exemple, celle de la gravité. Tout plasma sous tension électrique est un nuage d'ions et d'électrons qui, sous l'excitation des champs électriques et magnétiques appliqués, peut parfois s'illuminer et se comporter d’une façon insolite. Exemples les plus connus de plasmas sous tension : enseignes au néon ; foudre ; soudeuse à arc électrique. La ionosphère de la Terre est un exemple de plasma n'émettant pas de lumière visible. Notre Système solaire baigne dans un espace imprégné de plasma. Le nuage de particules formant le « vent » solaire est un plasma. Toute la Voie lactée, notre galaxie, est faite essentiellement de plasma. En fait, 99% de l'Univers entier est du plasma !



Histoire


    Fin des années 1800, en Norvège, le physicien Kristian Birkeland expliqua que, si les aurores polaires sont visibles, c’est parce que ce sont des plasmas. Birkeland découvrit aussi les trajectoires tortueuses, tire-bouchonnées, empruntées par le courant électrique dans les plasmas. Parfois, ces formes ondoyantes sont visibles, et parfois pas – cela dépend de l’intensité du courant qui traverse le plasma. De nos jours, ces flux d'ions et d'électrons sont appelés courants de Birkeland. Associés à des orages électriques sur Terre, les mystérieux farfadets, elfes, et jets bleus sont des exemples de courants de Birkeland dans le plasma de la haute atmosphère.


    Au début du 20e siècle, Irving Langmuir, lauréat du prix Nobel, étudia les plasmas sous tension dans son laboratoire de la General Electric ; il étoffa en outre le corpus des connaissances inauguré par Kristian Birkeland. En fait, il fut le premier à utiliser le mot « plasma » pour décrire le comportement quasi-vivant, « auto-organisateur », de ces nuages de gaz ionisé en présence des courants électriques et des champs magnétiques.



Propriétés de base


Modes d’action


    Il existe trois modes d'états stables, distinctement différenciés, dans lesquels le plasma est capable de s’activer :

1) Mode courant obscur – L’intensité du courant électrique (flux de particules chargées) dans le plasma est très faible. Le plasma ne s'illumine pas. Essentiellement invisible, il nous est absolument impossible de savoir qu'un plasma est présent, sauf en mesurant son activité électrique à l’aide d’instruments sensibles. De nos jours, les magnétosphères des planètes sont des exemples de plasmas actifs en mode courant obscur.


2) Mode luminescent normal – L’intensité du courant électrique est importante. Le plasma entier s’illumine. L’éclat de la lumière dépend de l'intensité du courant dans le plasma. Exemples : Enseignes au néon ; nébuleuses émettrices [de lumière] ; couronne solaire.


3) Mode arc – L’intensité du courant électrique dans le plasma est très grande. Le plasma rayonne brillamment sur un large spectre. Le courant tend à former des filaments sinueux. Exemples de ce mode d’activité : Soudeuse à arc électrique ; foudre ; photosphère du Soleil.


    Dans ses trois modes d’activité, le plasma émet un rayonnement électromagnétique (bruits en fréquences radio) mesurable. À un moment donné, la densité du courant (ampères par mètre carré) dans le plasma détermine le mode particulier d’activité. À l’origine, la structure atomique du gaz s’ionisant pour former un plasma, est aussi un facteur intervenant.



Doubles couches


    L’une des propriétés les plus importantes de tout plasma sous tension électrique, c’est sa capacité « auto-organisatrice », c’est-à-dire, à isoler électriquement une partie de lui-même d'une autre. La paroi isolante est appelée « double couche ». En laboratoire, le plasma étudié est en général enfermé dans un tube de verre cylindrique. Des électrodes sont insérées aux extrémités du tube. Une électrode (appelée anode) est maintenue à une tension supérieure à celle de l'électrode de l'autre extrémité (cathode). L’application de la différence de tension amorce l’ionisation et le courant commence à traverser le plasma. Les ions positifs (atomes privés d’un ou plusieurs électrons) s’éloignent de l'anode, et les ions négatifs (atomes portant un ou plusieurs électrons supplémentaires) vont vers l'anode. Le courant total dans le plasma est constitué par la somme mathématique de ces deux flux de direction opposés.


    Quand la différence de tension entre une électrode et l'autre est suffisamment importante, une double couche se forme dans une étroite section transversale quelque part au milieu du tube. Presque toute la tension appliquée entre les électrodes chute à travers cette double couche. Le plasma du côté de la double couche face à l'anode a approximativement la même tension que l'anode. Le plasma du côté de la double couche face à la cathode a sensiblement la même tension que la cathode. Les deux parties du plasma sont alors isolées électriquement l’une de l’autre par la double couche. Aucune force électrostatique n’est ressentie par les particules d’un côté de la double couche, à cause des charges présentes de l'autre côté. Toutefois, le courant électrique total est le même dans tout le plasma (des deux côtés de la double couche). Les plasmas étant d'excellents conducteurs, ils ne produisent pas de chute de tension importante quand le courant les traverse – d’où la nécessité de la présence d’une double couche qui consomme le gros de la tension appliquée à l'extérieur. Cela signifie qu’une double couche apparaît dans le plasma à l’endroit où se trouvent les champs électriques les plus intenses.


    Si un corps étranger est inséré dans un plasma, autour de lui se forme une double couche qui l’isole du reste du plasma. Cet effet rend difficile l'insertion des sondes de mesure dans un plasma pour mesurer le potentiel électrique à un endroit précis. Il s’agit d’une propriété bien connue des plasmas. Diverses méthodes ont été mises au point en laboratoire afin de la surmonter.


    Dans l'espace, il est impossible de mesurer la tension du plasma solaire en un lieu donné en y envoyant un engin spatial. La tension étant une mesure relative (comme, par exemple, la vitesse), elle doit être mesurée par rapport à un point de référence. Tout engin spatial aura au début la même tension que la surface de la Terre. En pénétrant dans la plasmasphère et en entrant dans le plasma solaire, il accumule lentement des charges et modifie ainsi sa tension. Toutefois, la force d'un champ électrique peut être mesurée dans l'espace.



Striction longitudinale (Z-pinch)


    En traversant un plasma, le courant électrique adopte la forme tire-bouchonnée (spiralée) découverte par Birkeland. Ces courants de Birkeland se présentent le plus souvent par paires. Ces paires ont tendance à comprimer entre elles les matériaux (ionisés ou non) présents dans le plasma. Cet effet est appelé striction longitudinale (« Z-pinch » ou constriction (pincement) électromagnétique le long de l’axe (z) de propagation du courant, ndt). La faculté des courants de Birkeland à se développer et à compresser même les matériaux non ionisés, est appelée « convection de Marklund ».



Hannes Alfvén et les champs magnétiques « figés »


    On a supposé pendant des années que les plasmas sont des conducteurs parfaits et, de ce fait, qu’un champ magnétique dans le plasma doit être « figé » à l'intérieur.


    L'explication technique est la suivante : L’une des équations de Maxwell indique que la courbure de E est égale à -dB/dt. Par conséquent, si le champ électrique, E, dans une région est partout estimé à zéro, tout champ magnétique dans cette région doit donc être invariant dans le temps (avoir une valeur constante). De cette manière, si tous les plasmas sont parfaits conducteurs (et donc ne peuvent pas contenir des champs électriques – c’est-à-dire, des différences de tension), alors tout champ magnétique dans un plasma doit être immuable – c’est-à-dire, ne peut se déplacer ou changer d’aucune manière.


    Nous savons à présent qu'il peut y avoir de légères différences de tension entre les différents points d’un plasma. En 1970, lors de son discours de réception du Nobel de physique, Hannes Alfvén, ingénieur spécialiste des plasmas, a fait remarquer que la conductivité électrique de tout matériau, y compris des plasmas, est déterminée par deux facteurs : La densité de la population des porteurs de charge (ions) présents dans le matériau, et leur mobilité. Dans tout plasma, la mobilité des ions étant extrêmement grande, électrons et ions peuvent se déplacer très librement dans l'espace. Mais la densité (nombre par unité de volume) des ions porteurs de charge présents ne peut absolument pas être élevée s’il s’agit d’un plasma à très basse pression (plasma diffus). C’est pourquoi, bien que les plasmas soient d'excellents conducteurs, ce ne sont pas des conducteurs parfaits. Des champs électriques faibles peuvent exister à l'intérieur des plasmas. Par conséquent, leurs champs magnétiques internes ne sont pas figés.



Courants dans les plasmas de taille cosmique


    Les plasmas étant bons (mais pas parfaits) conducteurs, ils sont équivalents à des fils de transmission de courant électrique. Il est bien connu que, quand un conducteur traverse un champ magnétique, une circulation de courant est induite dans ce conducteur. C’est ainsi que fonctionnent les générateurs et les alternateurs électriques. Par conséquent, s'il existe un mouvement relatif entre un plasma cosmique, par exemple dans le bras d'une galaxie, et un champ magnétique placé là, des courants de Birkeland circuleront dans le plasma. À leur tour, ces courants créeront leurs propres champs magnétiques.


    Les phénomènes plasmatiques s'adaptent à toutes les échelles. C'est-à-dire, leurs propriétés électriques et physiques restent les mêmes, quelle que soit la dimension du plasma. Le déroulement des phénomènes dynamiques prend naturellement bien moins de temps dans un petit plasma de laboratoire que, par exemple, dans un plasma de taille galactique. Mais, du fait qu'ils obéissent aux mêmes lois de la physique, les phénomènes sont les mêmes. C’est pourquoi il nous est possible de modéliser fidèlement les plasmas de taille cosmique en laboratoire – et d’engendrer des effets exactement semblables à ceux observés dans l'espace. En fait, il a été démontré que les courants électriques circulant dans les plasmas produisent la plupart des phénomènes astronomiques observés, qui sont inexplicables si l'on suppose que les seules forces à l'œuvre dans le cosmos sont le magnétisme et la gravité.



Pourquoi les astrophysiciens ignorent-ils les phénomènes électriques ?


    Alors qu’avait été établie une base aussi solide orientant les travaux sur les propriétés électriques de l'Univers, pourquoi la majorité des astrophysiciens s’obstinent-ils à ignorer ce domaine d'étude et, à la place, rafistolent-ils leurs modélisations bancales, « uniquement gravitationnelles », de plus en plus mystérieuses, et à inventer des fictions fumeuses ? Pourquoi la majorité des astronomes et des spécialistes du cosmos excluent-ils systématiquement les champs et les courants électriques, non seulement de leurs préoccupations, mais aussi de leur cursus d'études ? Pourquoi ignorent-ils sciemment le fait que bien des phénomènes jusqu’ici mystérieux pour eux, s’expliquent très simplement en admettant l’existence de champs et de courants électriques dans le plasma solaire et galactique ?


    La réponse est la suivante :

    On sait que le magnétisme était connu au moyen âge. Même à cette époque, on savait qu’un morceau de fer est capable d’agir à distance sur un autre.

    Mais, les premiers astronomes (comme leurs frères modernes) n’avaient tout simplement pas conscience des phénomènes électriques. Johannes Kepler (1571-1630) avait déjà expliqué mathématiquement la forme des orbites des planètes quand, en 1687, Isaac Newton publia son traité sur la gravité. Ceci fait, rien de plus n’était nécessaire pour expliquer et prédire les mouvements planétaires qui pouvaient être observés à cette époque-là. Tout était résolu.

    Cela se passait bien évidemment avant que Benjamin Franklin (1706-1790) ne fasse voler son cerf-volant dans un orage ou que James Clerk Maxwell (1831-1879) ne développe ses équations sur les champs magnétiques et électriques. Au surplus, les champs électriques sont difficiles à mesurer. Et les astronomes ne savent rien de ce qu'il leur faudrait connaître sur eux. C’est pourquoi, jamais dans le modèle « admis », ils n’ont inclus le mode de fonctionnement du Système solaire ou du cosmos.

    Ainsi, encore aujourd’hui, la plupart des astrophysiciens n'ont jamais suivi de cours sur la théorie du champ électromagnétique ou la décharge électrique expérimentale dans le plasma. Ils tentent de décrire les effets du plasma à l’aide d’équations applicables seulement aux fluides, comme l'eau, et d’effets magnétiques. C'est ce que Alfvén appelait la « magnétohydrodynamique ». Ils ne réalisent pas, comme l’a fait Alfvén, que le préfixe « magnéto » implique « électro ». Et cela explique à son tour pourquoi les astrophysiciens parlent avec désinvolture de vents stellaires, de traînées de vortex, et de fronts de choc, au lieu de courant électrique dans les plasmas, de champs électriques, de zones de striction longitudinale et de doubles couches. Cela explique aussi pourquoi ils font des affirmations fausses sur la façon dont les champs magnétiques doivent se caramboler, fusionner, et se recombiner. Étant tout simplement incultes en ce domaine, ils sont forcément déconcertés par ce qui est à présent bien connu en sciences de l'ingénieur.



Autres détails


    D’autres détails sur le comportement du plasma, en particulier dans et autour de notre Soleil, sont présentés dans Notre Soleil. De plus, les procédés servant à découvrir et mesurer les propriétés électriques du plasma sont traités dans le document Primer About « Gas Discharges » (Plasma) [Introduction sur la « décharge électrique dans les gaz » (plasma)].



Avancée récente


    L'American Institute of Physics a récemment annoncé reconnaître désormais officiellement [la théorie] Plasma Universe en tant que domaine d'études officiel en physique ! Quatre-vingts ans de retard ! Mais mieux vaut tard que jamais.



Original : electric-cosmos.org/electricplasma.htm
Traduction copyleft de Pétrus Lombard



Dernier article apparenté traduit

Le redshift, c’est quoi ça ? : Du fait des travaux de l’astronome Halton Arp, le postulat selon lequel les objets à haut redshift doivent être très éloignés – sur lequel repose la théorie du « Big Bang » et toute la cosmologie admise – est prouvé faux ! La preuve de la fausseté de la théorie du Big Bang est donc établie.




Samedi 10 Mai 2014


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