Les étincelles

Un article du site scienceamusante.net.

En pyrotechnie, on fait de belles flammes colorées mais aussi des étincelles, pour les fontaines lumineuses, les cierges magiques que l'on met sur les gâteaux ou les fusées. Il s'agit de créer la combustion d'un élément chimique réduit en poudre.

1 Précautions

Outre les précautions en chimie qui sont d'usage, cette expérience comporte les attentions suivantes :

  • Attention aux particules incandescentes SGH02 pouvant brûler les mains ou les yeux : porter des lunettes de protection.

2 Matériel

  • Bougies, bec Bunsen ou chalumeau à gaz
  • Poudre de fer SGH02
  • Poudre d'aluminium SGH02
  • Poudre de zinc SGH02SGH09
  • Poudre de magnésium SGH02
  • Poudre de charbon de bois (carbone)
  • Des poivrières vides

3 Protocole expérimental

Combustion de la poudre de fer dans la flamme d'un chalumeau. Crédit photo : © 2006 S. Querbes pour Anima-Science et Les atomes crochus.
  • Remplir des poivrières avec chacun une poudre : de fer, d'aluminium, de zinc, de magnésium, de charbon de bois réduit en poudre fine SGH02.
  • Allumer les bougies ou le chalumeau.
  • Saupoudrer la flamme des bougies avec les substances, séparément. Il apparaîtra des gerbes d'étincelles SGH02 plus ou moins éblouissantes et colorées selon le composé: orange pour le carbone, jaune pour fer, blanches et éblouissantes pour l'aluminium, le magnésium et le zinc (étincelles bleutés).
  • On peut ressentir une certaine chaleur à proximité des étincelles lors de la combustion.

4 Explications

  • Ces composés ne s'enflamment pas lorsqu'ils sont en masse (c'est-à-dire en solide compact), sauf le magnésium qui est un fort réducteur, comme le montre l'expérience de la combustion du magnésium. Ils sont facilement oxydables mais pas assez pour donner une combustion s'ils ne sont pas réduits en poudre. Le charbon de bois devient incandescent si on le chauffe un moment et ne donne pas d'étincelles (ou à peine en soufflant dessus). Réduits en poudre, la surface de contact entre le combustible et le dioxygène O2 contenu dans l'air augmente considérablement.
  • La chaleur de la flamme commence par chauffer les particules solides, et initie alors la combustion et des oxydes sont produits :
Ces combustions dégagent aussi de la chaleur (réactions exothermiques) ce qui rend les particules encore plus lumineuses.
  • Selon le composé, la chaleur dégagée lors de la combustion est plus ou moins élevée, on observe alors des étincelles plus ou moins éblouissantes dont les couleurs varient avec la température des particules incandescentes : rouge (comme le carbone) pour une température d'environ 800°C, puis orange (comme le fer) vers 1000°C, jaune vers 1500°C, blanc (comme l'aluminium) à partir de 3000°C et blanc-bleuté (comme le magnésium et le zinc) pour les températures plus hautes.
  • Pour être plus précis, ce phénomène est appelé rayonnement du corps noir. L'explication de ces couleurs est bien différente de l'explication des flammes colorées. Ici, plus la chaleur provoquée par la combustion est grande et plus les couleurs émises s'étalent du rouge vers le violet de manière continue. La couleur résultante vue par notre oeil est une addition des couleurs émises :
Combustion de l'élément Spectre d'émission du corps noir Couleur observée
Carbone Spectre C.gif Rouge-orange
Fer Spectre Fe.gif Orange-jaune
Aluminium Spectre Al.gif Blanc
Zinc Spectre Zn.gif Blanc-bleuté
Magnésium Spectre Mg.gif Blanc-bleuté
Spectre visible entier (pour comparaison)
Spectre visible
Note : ces spectres sont reproduits approximativement.
  • Grâce à ce module en flash (© 2004 - Conception : Clovis Darrigan - Réalisation : exlineo), vous pouvez voir le spectre d'émission continu du corps noir en fonction de sa température, et avoir une correspondance approximative avec la teinte de couleur observée.
  • La chaleur dégagée par la combustion et ressentie par notre peau provient de la grande quantité de rayons infrarouges émis. Les spectres présentés ci-dessus ne représentent que la partie visible des rayonnements électromagnétiques. Plus à gauche du rouge se trouvent les rayonnements infrarouges (IR) ; plus à droite du violet se trouvent les rayonnements ultra-violets (UV), qui sont d'ailleurs émis en grande quantité pendant la combustion du magnésium. Les rayons IR et UV sont invisibles par notre oeil. (Pour en savoir plus sur les rayonnements électromagnétiques, les ultraviolets, la lumière visible et les infrarouges, voyez la catégorie ondes électromagnétiques.)
Combustion de la poudre de fer : production importante de lumière.