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des feux d’artifice
En ce 14 Juillet, jour de fête nationale française, on aura la joie (ou pas) d’assister à des feux d'artifices.
Les feux d’artifices ont été inventés il y a plus de 1 000 ans an Chine, mais on ne les explique que depuis l’arrivée de la théorie de la physique quantique.

Les feux d’artifices sont des explosions pyrotechniques de toutes les couleurs. C’est là qu’intervient la science : comment fait-on les couleurs des feux d’artifices ?

L’origine de la couleur est la même que la couleur bleue à la base d’une flamme de bougie, là où se fait la réaction chimique. C’est ici que la cire vaporisée et l’oxygène réagissent pour produire du $\text{CO}_2$ et de l’eau :

candles
↑ des bougies (photo de Gabriela Gordon)

Cette réaction n’étant pas complète, il reste des micro-particules de suie, qui, chauffées, se mettent à rayonner de la même façon qu’un fer placé dans le feu devient rouge lumineux. La partie rouge-orangée d’une flamme correspond à un rayonnement de température seulement : on peut obtenir le même effet sans réaction chimique (c’est le rayonnement dit « du corps noir »).

La couleur bleue à la base — la même que sur la flamme d’un gazinière ou d’un chalumeau — est de la même nature quantique que celles des feux d’artifices : elle provient de la désexcitation des électrons lors de formation des produits de la combustion.
En effet, quand la réaction a lieue, les atomes passent d’un état de haute énergie (les réactifs) à un état de plus basse énergie (les produits) plus stables. La différence d’énergie est émise sous la forme de rayonnement lumineux, dont l’énergie correspond exactement à cette différence.

Si vous avez compris, vous savez donc que la vraie couleur de la combustion du gaz, de la cire de bougie ou même du bois, c’est le bleu. Le rouge-orangé ne correspondant qu’au rayonnement des particules de suie (dite rayonnement du corps noir).

En fonction des éléments chimiques utilisés, les énergies mise en jeu varient, et l’énergie de la lumière — autrement dit, sa couleur — varient aussi : chaque élément chimique brûle en produisant ses propres couleurs.

Pour obtenir une couleur, il suffit donc de choisir le composé chimique approprié :

CouleurÉlément
VioletPotassium
BleuCuivre
VertBaryum
JauneSodium
OrangeCalcium
RougeStrontium
BlancMagnésium, aluminium
OrFer, carbone, soufre
ArgentTitane, aluminium

Pour aller plus loin, sachez que l’association entre une couleur et une molécule est ce qui permet aux astronomes de déterminer la composition chimique d’une étoile ou d’une planète à partir de la lumière qu’elle émet :

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Spectre de la lumière solaire. Les bandes sombres sont celles des éléments chimiques : D pour le sodium, E pour le fer, F pour l’hydrogène, etc. (source)

C’est aussi grâce à ça que l’on peut déterminer la composition d’un produit quelconque à l’aide d’un spectromètre. Chaque produit présente sa propre signature spectrale, son propre mélange de couleurs.

Références / Liens

photo d’en-tête de LHG Creative Photography

5 commentaires

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Léo a dit :
T'es sûr pour la spectrométrie de masse, c'est pas plutôt de la spectrophotométrie ? Ça me rappelle l'expérience de Kirchhoff et Bunsen, les flammes changent de couleur selon l'élément qu'on met dedans, cet article (allemand) en parle, avec des schémas : http://www.seilnacht.com/versuche/spektro.html
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Le Hollandais Volant a dit :
@Léo : "de masse" est de trop.

Pour le test de Kirchhoff et Bunsen, je ne savais pas que ça se nommait ainsi, mais c'est bien ça. Des poudres métallique brûlent aussi avec des couleurs.

On emploient aussi des sprays avec des solutions : sulfate de cuivre, chlorure de potassium, etc. Ça marche bien aussi et c'est simple à faire.
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Notibé a dit :
"Pour aller plus lui, sachez que l’association entre une couleur et une molécule... "

C'est plutôt "Pour aller plus loin", non ? En tout cas merci pour cet article, je me suis posé la question hier soir et du coup j'avais la bonne théorie en pensant aux éléments chimiques, merci pour la confirmation :)
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rwanito a dit :

Cela me rappelle le BAC de physique 2017 ;)


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