En ce 14 Juillet, jour de fête nationale française, si on se trouve en France, on peut avoir la joie 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 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 dans les 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 CO2 et de l’eau :
Cette réaction n’étant pas complète et il reste des microparticules de suie. Chauffées par l’énergie libérée par la réaction, ces microparticules de suie se mettent à rayonner de la même façon qu’un fer chauffé dans une forge devient rouge lumineux. La partie rouge-orangée d’une flamme correspond à un rayonnement de température : 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 la couleur dépend de cette différence d’énergie.
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 correspond qu’au rayonnement de température des particules de suie.
En fonction des éléments chimiques utilisés, les énergies mise en jeu varient et donc la couleur de la lumière également : chaque élément chimique brûle en produisant ses propres couleurs.
Pour obtenir une couleur, il suffit donc de choisir le composé chimique approprié :
| Couleur | Élément | |
|---|---|---|
| Violet | Potassium | |
| Bleu | Cuivre | |
| Vert | Baryum | |
| Jaune | Sodium | |
| Orange | Calcium | |
| Rouge | Strontium | |
| Blanc | Magnésium, aluminium | |
| Or | Fer, carbone, soufre | |
| Argent | Titane, 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 :
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
- Pourquoi fêtons-nous le 14 juillet avec un feu d’artifice ?
- C’est quoi une flamme ?
- The chemical history of a candle (en), livre par Michael Faraday.
- The chemical history of a candle (en), vidéo Youtube d’après Faraday, par Bill Hammack
