Nous nous intéressons à la flamme issue de la combustion de la poudre. Cette flamme, comme tous les matériaux qui nous entourent est constituée
d'atomes. Les effets de lumière de ces flammes sont engendrés par trois phénomènes :
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L’émission atomique
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L’émission moléculaire
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L’incandescence
La première est l’émission atomique
La flamme est issue de la combustion de la poudre. Cette flamme, comme tous les matériaux qui nous entourent, est constituée d’atomes. L’émission atomique consiste à faire passer un atome d’un niveau d’énergie E d’un niveau d’énergie à un autre grâce à la chaleur dégagée lors de la réaction, ou grâce à la lumière, on emploie alors le nom de fluorescence atomique. La lumière est constituée de particules de très petite dimention, les photons. Un atome ne peut exister que dans des états bien définis, chaque état étant caractérisé par un niveau d'énergie. On dit alors que l'énergie d'un atome est quantifiée.
Un atome absorbe un photon lorsqu’il passe du niveau inférieur Em au niveau supérieur Ep (premier schéma): l'énergie de cet l'atome augmente alors. Cela explique aussi la présence de raies noires dans les spectres d'absorption L'énergie d'un atome peut également diminuer lorsque l'atome émet un photon quand il passe d’un niveau d’énergie Ep à un niveau inférieur Em (deuxième schéma) : il y a une transition énergétique.
Le diagramme de niveau d'énergie (troisième schéma) représente les niveaux d'énergies possibles de cet atome (ici l'atome d'hydrogène). L'état qui a la plus basse énergie correspond à l'état fondamental: c'est l'état stable de l'atome. Les autres états sont dits états excités. Dans l'état d'énergie nulle, l'atome est ionisé.
La seconde est l’émission moléculaire
C’est un phénomène qui est similaire à l’émission atomique. Les flammes ne doivent pas être de températures trop élevée, car sinon cette émission moléculaire ne pourra avoir lieu car les molécules se décomposent dans une température trop élevée et cela change alors l’émission. Les molécules sont vaporisées et excitées par la chaleur, les électrons gagnent un niveau d’excitation et quand ils reviennent à leur état initial un photon est émis. En revanche, il est plus complexe de déterminer la longueur d’onde des photons.
La dernière est l’incandescence
C’est le rayonnement de tout corps chauffé. Ce qui est intéressant, c'est que l'intensité de la lumière émise, au total, est proportionnelle à l'augmentation de la température. La couleur d'un corps chauffé liée à sa température émet alors un spectre lumineux continu. On retrouve ce phénomène d'incandescence avec du magnésium, par exemple. Lorsque les particules d'oxyde métallique, formées lors de l'oxydation du combustible, sont portées à plus de 3 000 °C, l'incandescence est d'un blanc éblouissant.
La décomposition de la lumière se range sur un spectre où l'on peut étudier les radiations monochromatiques. L'ensemble des couleurs obtenues constitue le spectre de la lumière blanche. La longueur d'onde est notée λ et s'exprime en nanomètre. On observe alors le spectre de la lumière blanche, les radiations comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge) qui constituent le domaine visible. Lorsque λ est supérieur à 800 nm c'est le domaine des infrarouges. Lorsque λ est inférieur à 400 nm, c'est le domaine de l'ultra-violet.
Spectre de la lumière visible