Lorsque la température de la matière est accrue, les différents états de la matière sont parcourus en allant de l'étant solide avec une structure microscopique ordonnée à grande échelle à l'exception de défauts ensuite l'état liquide est atteint à une température généralement supérieure à celle de l'état solide. A une température encore plus élevée l'état gazeux est présent les atomes ou les molécules ne sont plus que faiblement corrélées le libre parcours moyen devenant supérieur à la distance interatomique. Ce fluide est alors compressible contrairement à l'état liquide que l'on qualifie généralement incompressible le libre parcours moyen étant de l'ordre de la taille atomique.
En continuant à accroître la température, les collisions sont suffisamment violentes pour que un ou des électrons soi(en)t arraché(s) au cortège électronique et ceci de façon suffisamment fréquence pour maintenir une densité de charges autorisant des interactions électromagnétiques à longue portée pour conférer à ce milieu des propriétés délocalisées, c'est à dire au delà la portée d'une charge écranté par la présence des autres charges. Dans cette configuration l'état plasma correspond à l'état ultime de la matière même si la température devient encore plus grande où toutefois il faut inclure l'action de toutes les interactions fondamentales (faibles et fortes). Pour synthétiser ce qu'est l'état plasma, il est possible de le résumer ainsi:
le plasma globalement neutre est constitué de particules chargées en interaction induisant des effets non-locaux, c'est-à-dire des phénomènes s'étendant bien au-delà du rayon d'action des interactions agissant au sein du plasma. Cette distance caractéristique est aussi appelée "longueur d'écrantage". Pour l'interaction électromagnétique elle porte le nom de longueur de Debye et correspond à un équilibre entre effets thermiques et effets de séparation de charges. La présence d'une paroi révèle ce phénomène nécessaire pour maintenir la neutralité du plasma via la présence d'une zone de séparation de charges juste devant la paroi appelée "gaine". La gaine permet d'équilibrer les flux de particules entrant et sortant de telle façon le flux total de charges soit nul.
Cette définition sous-tend la notion de quasi-neutralité qui pilote le comportement du plasma. Cela traduit par l'existence de modes d'oscillation ou propagation non-amortis dans tout ce milieu, les échanges d'énergie sont non-locaux dans le sens où l'énergie est transportée sans échanger localement de l'énergie avec les particules du milieu sauf en des régions particulières où il existe des conditions de résonance onde-particules. Ceci conduit à la présence d'une instabilité ou amortissement, c'est-à-dire à un échange d'énergie soit entre modes existants dans le plasma ou entre onde et particules
When the temperature of the material grows up, the various matter states go from the solid state, having an ordered structure even with a microscopic scale defects except the liquid state is then reached at a temperature generally greater to that of the solid state. At a still higher temperature, the gaseous state is reached, and now the atoms or molecules are weakly correlated where the mean free path becomes larger than the interatomic distance. This fluid is compressible unlike the liquid state generally incompressible for which the mean free path is of the order of the atomic size.
Continuing to increase the temperature induces that the collisions become sufficiently violent to see one or more electrons torn from the electron cloud , and this in sufficient frequency to maintain a charge density allowing electromagnetic long-range interactions to give delocalized properties for this medium, ie beyond the space range of the shielding length induced by the presence of other charges. In this configuration the plasma state is the ultimate state of the matter state even if the temperature is greater, and there, one must take into account the actions of all the fundamental interactions ( strong and weak). To summarize what is the plasma state, it is possible to summarize it as follows:
The plasma, globally neutral, consists of charged particles interacting together that induces non-local effects, that is to say phenomena extending well beyond the range of the interaction acting within the plasma. This characteristic distance is also called "schielding length". For the electromagnetic interaction it is called Debye length and corresponds to a balance between thermal effects and effects of charge separation.
The wall existence induces this phenomenon which is necessary to maintain the neutrality of the plasma via the presence of a separation zone in front of the wall charge just called "sheath". The sheath helps balance the flow of incoming and outgoing particles so the total flow of charges is zero. This definition underlies the notion of quasi- neutrality which controls the behavior of the plasma. This reflects the existence of undamped modes or oscillations, in all areas energy exchanges are non-local, in the sense that energy is transported locally without exchanging energy with particles medium except in specific areas where there are conditions of wave-particle resonance. This leads to the presence of an instability or damping , that is to say either an energy exchange between modes existing in the plasma, or between wave and particles.
Figure1:Evolution de l'état de la matière en fonction de la température, en allant de la gauche vers la droite sont rencontrés l'état solide avec une structure microscopique ordonnée puis l'état liquide déstructuré avec un distance interatomique restant de l'ordre de la taille de l'atome ou de la molécule composant le liquide, suit l'état gazeux où la distance entre constituants devient très supérieur à la taille de ces derniers et pour finir l'état plasma où de plus en plus d'électrons sont détachés des constituants, devenus eux-mêmes positivement chargés (quasi-neutralité conservée), en fonction de la température juqu'à être complétement ionisés c'est-à-dire complément déshabillés de leurs électrons - les atomes constitué d'un noyau composé de proton en rouge et neutrons blanc irisé entouré d'un cercle correspondant au cortège électronique où l'électron est représenté par une sphère bleue.
Figure 1: Evolution of the matter state as a function of the temperature with from the left to the right, the solid state with a long range structure, followed by the liquid state without a space ordering and having a interatomic distance of the order of the atom or molecule size, after the gas state is reached with atoms or molecules faraway one from each other, and to finish the plasma state where more and more electron are stripped and atoms or molecules become ions more and more charged, at the end, to be fully charged or ionized, keeping anyway the quasi-neutrality - The atoms are represented by a nucleus, built using proton in red and neutron in irised white, surrounding by a cercle drawn as a schematic view of the electron cloud where the electron is associated to a sphere in blue.
Animation 1: Le mouvement des particules constituant un plasma est illustré par l'animation ci-dessus où les électrons en bleu sont plus rapides que les ions en rouge qui eux-mêmes sont plus rapides que les neutres en gris.
Movie1: The particle motion in the plasma are shown here where the electrons (in blue) are the fastest and the ions (in red) are faster than neutrals (in gray).