Produire du plasma comme une crevette

Le plasma, appelé aussi le quatrième état de la matière, est moins connu que les états liquide, gazeux et solide. Pourtant il compose 99,99 % de l’univers visible, en constituant les étoiles, le soleil, le milieu intergalactique, etc. Sur Terre, il n’est pas aussi répandu que les autres états. Il est présent dans la foudre, les aurores boréales ou encore le cœur d’une flamme. Bien qu’il réfère communément aux écrans plasma, qui sont désormais remplacés par des téléviseurs DELO, il n’en reste pas moins que cette matière intéresse pour des applications de pointe dans les domaines militaires, de la santé, le traitement des déchets, etc. Dans l’industrie et la construction, les techniques de soudage et de forage au plasma sont convoitées pour leur précision et surtout, pour leur faible coût énergétique. Or cette méthode a ses limites quand il s’agit de travailler sous l’eau. En fait, bien qu’il existe des procédés de soudage au plasma pour ce type de milieux, leur efficacité est limitée.

La crevette génère du plasma en capturant sa proie

Une équipe d’ingénieurs en mécanique de la Texas A&M University a mis au point une technologie qui optimise la production de plasma sous l’eau en s’inspirant du milieu marin, soit le mode de capture de proie de la crevette pistolet. À première vue, le lien entre la génération du plasma et la technique d’alimentation du crustacé est difficile à discerner. De fait, il convient d’abord de présenter la manière dont le plasma est créé.

Cet état de la matière peut être généré dans un milieu gazeux sous l’effet de hautes températures ou d’un champ électrique intense. Sous ces conditions, les électrons se dissocient des atomes et des molécules, et « le gaz devient alors un fluide conducteur qu’on appelle plasma ». La vidéo suivante explique la différence entre le plasma et le gaz.

Ce qu’il faut retenir, c’est que pour provoquer l’ionisation des atomes dans un gaz, il faut fournir une forte énergie. C’est ce que réussit à faire la crevette pistolet quand elle referme sa pince très rapidement, ce qui produit une onde de choc et un plasma. En effet, la forme particulière de ses pinces comporte une espèce de piston qui pousse l’eau dans une cavité lorsque ses deux branches se ferment, et l’expulse si rapidement qu’une bulle se forme sous l’effet du vide, puis explose immédiatement sous l’effet de la pression extérieure. C’est cette zone de vide qui entraîne une augmentation fulgurante de la température et crée simultanément du plasma.

Conception d’un modèle mécanique de la pince

L’équipe a étudié la pince de la crevette afin de concevoir un mécanisme similaire. En plus des informations recueillies sur son anatomie et son fonctionnement, ils ont aussi numérisé la pince. Le modèle conçu est cinq fois plus grand que le membre du crustacé. Il diffère aussi de celui-ci par la manière dont la pince est actionnée : au lieu d’avoir recours à des muscles, la tension est obtenue grâce à une tige à ressort et un piston.

En testant leur pince, les chercheurs ont découvert qu’elle était capable de recréer fidèlement l’action de la crevette et de générer l’onde de choc et le plasma. Ils ont aussi constaté qu’ils pouvaient réduire la taille du mécanisme sans en modifier les performances. La prochaine étape de cette étude consistera à effectuer des ajustements supplémentaires afin d’augmenter la quantité de plasma produit pour satisfaire des applications de forage ou de soudage sous l’eau.