Les plasmas froids produits par décharges électriques ou par impulsion laser dans un gaz ont des caractéristiques en température et en densité d’espèces chargées intermédiaires dans le monde des plasmas. Plus denses que les plasmas dilués en astrophysique, ils le sont beaucoup moins que ceux que l’on trouve dans les éclairs ou le cœur des étoiles. Qualifiés de froids, ils se distinguent notamment des plasmas chauds de la fusion inertielle ou magnétique. Cette appellation désigne toutefois des plasmas relativement variés qui recouvrent une zone importante du diagramme température/densité avec des températures électroniques pouvant atteindre la dizaine d’eV et des degrés d’ionisation de 10-7 à quelques 10-1. On trouve ainsi des plasmas froids produits à haute ou basse pression par décharge électrique avec une multitude de modes d’excitations en terme de puissance, fréquence, pulsation, durée, … Ces plasmas nécessitent parfois l’ajout d’un champ magnétique permettant de confiner les électrons et assurer l’ionisation du milieu par exemple à très basse pression. L’interaction d’un laser avec une surface, un liquide ou un gaz permet également de créer des plasmas froids sur des échelles de temps et d’espace courtes. Les plasmas obtenus sont le plus souvent hors équilibre thermodynamique mais peuvent s’en approcher notamment dans les arcs et certains plasmas laser où on parle de plasmas thermiques. Sujets de nombreuses recherches fondamentales au niveau international, les plasmas occupent une place importante dans le monde industriel où ils sont incontournables pour une grande diversité d’applications. Ils sont ainsi utilisés ou en cours de développement dans des secteurs variés liés à l’énergie, les transports et la propulsion spatiale, l’environnement, le biomédical et la santé, l’agriculture, les matériaux, la microélectronique et les nanotechnologies, …
Le domaine des plasmas froids est ainsi assez vaste et un état de l’art plus précis sera présenté dans chacun des thèmes qui structureront ce GDR. Cependant, certaines problématiques fondamentales semblent relativement communes à l’ensemble du domaine. Bien que non exhaustive, la liste suivante enumère un ensemble de verrous scientifiques et de sujets émergeants sur lesquels le GDR portera une attention particulière :
- Les plasmas comme milieux multi-échelles afin de traiter simultanément la grande diversité des
échelles spatiales et temporelles intervenant dans la dynamique du plasma - Les plasmas comme milieux multiphasiques contenant également des gaz, liquides ou solides
- Les plasmas en interaction avec leur environnement et notamment les surfaces, parois, et le vivant
- Les plasmas comme milieux instables avec une multitudes de phénomènes oscillants, de dynamiques
complexes et d’instabilités - Les plasmas comme sujet multidisciplinaire couplant physique, chimie, biologie et mathématiques
- Etude et développement de méthodes pour décrire les phénomènes auto-cohérents ou à fort couplage
ou en présence d’auto-organisation - Développement de modèles 3D complexes
- Calculs et mesures de données manquantes ou approximatives sur les processus élémentaires et
notamment les sections efficaces - Développement de nouveaux diagnostics, extension des gammes de fonctionnement ou de sensibilité,
amélioration de la résolution et de la fiabilité des diagnostics existants. - Développement de nouvelles sources et alimentations
- Veille scientifique sur les domaines émergeants, les perspectives liées aux nouvelles technologies (Big
Data, IA, …)