1. Motivations : le caractère fondamental du domaine
La coexistence de plasmas de grands volumes et de différentes sources de rayonnement dans les expériences mettant en œuvre des lasers de haute énergie est une situation unique pour la recherche expérimentale et théorique sur les propriétés électroniques de la matière portée à haute densité d’énergie. Ces propriétés sont très mal connues, surtout pour les densités voisines de la densité du solide. Nous ne disposons pas de théorie satisfaisante correspondant aux situations dans lesquelles les électrons localisés (atomiques) et délocalisés ou multi-centres participent en même temps à des processus de transport comme l’absorption et l’émission de photons et au ralentissement de particules chargées. Il en est de même en ce qui concerne les équations d’état, la conduction électronique, les éventuelles transitions de phase.
Dans le cas des plasmas dont la densité est beaucoup moins élevée que la densité du solide, la situation est un peu meilleure. Ici nous pouvons faire appel au concept d’un ion isolé entouré par le plasma et traiter ensuite cet environnement plasma d’une manière approximative. Néanmoins, même pour les plasmas moins denses, l’abandon des corrélations dynamiques entre les transitions liés-liés, liés-libres et libres-libres a constitué une certaine simplification. Ces corrélations réapparaissent souvent, en version simplifiée, dans le calcul de l’élargissement physique des raies (impact électronique, etc.).
Les lasers de haute énergie permettront d’accéder aux régimes dans lesquels plusieurs de ces propriétés électroniques pourront être mesurées à hautes densités et températures. Cela permettrait de valider un certain nombre d’approximations utilisées couramment, et même de prévoir des phénomènes nouveaux.
On peut avancer deux arguments en faveur du caractère fondamental de la recherche sur les propriétés électroniques de la matière à haute densité d’énergie. Premièrement, les plasmas obtenus grâce à l’attaque indirecte par de grands lasers sont les premiers plasmas en équilibre thermodynamique local produits en laboratoire. Très répandus dans l’univers, ces plasmas intéressent les théoriciens depuis longtemps et leur description théorique constitue un enjeu difficile et un test de notre capacité à comprendre les systèmes dans lesquels les interactions coulombiennes sont à l’origine d’états quantiques liés, souvent exotiques, de l’écrantage statique et dynamique, de propriétés collectives macroscopiques, etc. Deuxièmement, une description de ces propriétés électroniques à partir des premiers principes nécessite le développement de nouvelles méthodes théoriques avancées. De plus, ces méthodes font souvent appel à différents domaines de la physique.
