Qu’est-ce qui cause le rougeoiement d’objets chauffés?

Pourquoi l’élément chauffant d’une cuisinière rougeoie-t-il lorsqu’il est allumé au maximum? Pourquoi une ancienne ampoule électrique allumée depuis un certain temps devient trop chaude au toucher? Pourquoi certains produits chimiques, que l’on fait brûler, émettent-ils des couleurs brillante?. Mais pourquoi la chaleur et la lumière semblent-elles aller de pair?

La réponse réside dans la plus petite unité de matière, l’atome. Au centre de l’atome se trouve le noyau, qui contient des protons chargés positivement et des neutrons sans charge. Les électrons chargés négativement gravitent sur des couches, qui sont les zones situées autour du noyau. Une couche électronique est aussi parfois appelée un niveau énergétique.

Comment la chaleur peut-elle être transformée en lumière?

Les électrons sont ce qui permet aux atomes de réagir entre eux dans des réactions chimiques. Ils sont aussi responsables de l’émission de lumière par certains composés lorsque ceux-ci sont chauffés.

Chaque électron est situé sur une couche qui est son « niveau de base ». Lorsqu’il est sur cette couche, on dit qu’il est à son état fondamental. L’état fondamental est l’état de plus basse énergie pour cet électron. À la température de la pièce, la plupart des électrons sont à leur état fondamental.

Lors du transfert de chaleur à un atome, celui-ci commence à vibrer plus rapidement. Cette vibration est une forme d’énergie cinétique. Une partie de l’énergie cinétique est transférée aux électrons autour du noyau. Ce transfert les fait « sauter » de leur couche vers une couche supérieure, plus éloignée du noyau. Quand les électrons d’un atome quittent ainsi leur niveau de base, on dit qu’ils sont dans un état excité.

Cet état excité est très instable, et l’électron retourne rapidement vers leur couche normale, à l’état fondamental. Lorsque cela se produit, l’électron libère l’énergie qu’il a acquise sous la forme de photons de lumière infrarouge. Ces photons sont invisibles pour l’œil humain.

Comment les ampoules électriques produisent-elles la lumière?

La capacité des électrons à convertir la chaleur en lumière infrarouge permet plusieurs utilités géniales! L’exemple le plus connu est l’ampoule incandescente. À l’intérieur du globe de verre se trouve un petit morceau de métal (le filament) fait de tungstène. Un courant électrique passe dans le filament. Mais son passage ne se fait pas facilement. C’est parce que le filament agit comme une résistance. Une résistance devient chaude quand l’électricité la traverse. Tellement chaude, en fait, qu’elle dissipe assez d’énergie pour faire briller le filament. C’est le même phénomène qui est à l’origine du rougeoiement des éléments chauffants sur une cuisinière électrique lorsqu’ils sont allumés.

Le savais-tu? 

La température du filament de tungstène dans une ampoule électrique incandescente peut s’élever à plus de 2 000 degrés Celsius!

La majorité de l’énergie consommée par les ampoules incandescentes – jusqu’à 95 pour cent – est utilisée pour chauffer le filament, plutôt que pour produire la lumière, ce qui explique leur retrait progressif du marché. C’est un gaspillage d’énergie!

Comment les feux d’artifice produisent-ils la lumière?

Les feux d’artifice fonctionnent selon ce même principe. Ils sont constitués de différents composés contenant des métaux. Lorsqu’ils sont chauffés, ces composés produisent de la lumière de diverses couleurs. Les métaux qui absorbent les énergies les plus élevées émettront de plus courtes longueurs d’onde de lumière (comme la lumière bleue) quand leurs électrons retournent à leur état fondamental. Les métaux qui absorbent les énergies les plus faibles émettront de plus grandes longueurs d'onde de lumière (comme la lumière rouge) quand leurs électrons retournent à leur état fondamental.

Le savais-tu? 

La production des couleurs des feux d’artifice (ou pyrotechnique) est une œuvre d’art, et les artificiers (ou pyrotechniciens) gardent souvent jalousement secrètes leurs recettes de couleurs!

Voilà, tu sais maintenant pourquoi la chaleur et la lumière vont de pair pour créer des choses incroyables. Depuis l’éclairage dans nos maisons, jusqu’à l’illumination de la nuit!