Fluorescent ou phosphorescent ?

Fluorescent ou
phosphorescent ?
On entend régulièrement ces deux termes, et on ne se préoccupe pas souvent de la différence
entre les deux. Cela nous semble tellement complexe que nous préférons rester dans
l’ignorance! Pourtant, ces deux phénomènes ne sont pas aussi compliqués que l’on pourrait le
croire. Ils servent même à beaucoup d’autres choses que seulement faire une jolie lumière dans
le noir!
Avez-vous déjà remarqué que sous un éclairage particulier, vos vêtements blancs deviennent
lumineux? C’est parce qu’ils sont fluorescents. La phosphorescence, c’est plutôt quand on
éclaire un objet et qu’il brille lorsqu’on éteint la lumière. Vous savez, les petites étoiles qu’on
colle au plafond des chambres d’enfants et qui émettent une lumière verte la nuit? C’est
exactement de cela que je parle!
La lumière
La compréhension de ce qui compose la lumière que nous voyons est essentielle pour saisir comment
les objets fluorescents et phosphorescents
arrivent à en dégager.
La lumière est une onde électromagnétique; cela
signifie qu’elle peut se déplacer dans le vide.
Pour comparer, le son est une onde mécanique.
Il ne peut pas se déplacer dans le vide et c’est
pour cela qu’on dit qu’il n’y a aucun bruit dans
l’espace.
Une onde électromagnétique ressemble à ceci :
Les ondes qui contiennent le plus d’énergie sont celles qui ont une petite longueur d’onde, et donc une
grande fréquence. On peut donc déduire que l’onde du haut transporte moins d’énergie que celle du
bas.
Le spectre électromagnétique que voici montre l’ensemble des rayonnements de nature
électromagnétique, du moins énergétique au plus énergétique.
L’être humain ne peut percevoir que la lumière visible. Une grande partie de la lumière nous est
invisible, mais peut pourtant être très dommageable pour notre santé lorsqu’elle transporte plus
d’énergie. C’est pour cette raison qu’on nous met souvent en garde contre les rayons U.V. (ultraviolets)
pendant l’été!
La lumière est composée de photons, qui transportent toute cette énergie. À l’aide du schéma plus
haut, on peut donc déduire qu’un photon rouge a moins d’énergie qu’un photon vert ou violet. La
lumière qui provient du soleil nous paraît blanche car elle est un mélange de toutes les couleurs du
spectre lumineux.
De retour au sujet principal!
Les matériaux fluorescents et phosphorescents doivent tous
absorber des photons, donc de la lumière, avant de pouvoir en
émettre. Dans les deux cas, les électrons à l’intérieur des
substances deviennent excités à cause de l’énergie qui
compose ces photons. Les électrons ont tendance à vouloir
revenir à leur état initial et, de ce fait, restituer un photon.
C’est à ce moment que les deux phénomènes qui nous
intéressent divergent.
Un peu d’histoire…
En 1603, un bottier italien
amateur de chimie appelé
Vincenzo Cascariolo a fabriqué la
première pierre phosphorescente
connue par l’homme : la pierre de
Bologne. On a alors étudié le sujet
activement; plusieurs croyaient
même que cette pierre pourrait
transformer des métaux nonprécieux en or! Fortunio Licetti a
même cru que la lumière de la
lune provenait d’une réaction de
phosphorescence (ce qui n’est
évidemment pas le cas!).
La fluorescence
Dans le cas de la fluorescence, ce retour à la normale se fait très rapidement (pas plus de 0,0000001
secondes!) C’est pour cela que sous des rayons U.V. qui, souvenez-vous, nous sont invisibles mais
contiennent beaucoup d’énergie, des objets fluorescents (comme l’encre des crayons « invisibles »)
semblent lumineux mais cessent de l’être quand on ne les éclaire plus.
Plusieurs minéraux sont naturellement fluorescents. Voici quelques exemples assez impressionnants :
Sur cette photo, les minéraux sont tous éclairés avec des ultraviolets. Comme vous pouvez le voir, ils
n’émettent pas tous une lumière de la même couleur. En effet, les photons émis par des substances
fluorescentes ne contiennent pas tous la même quantité d’énergie, même si au départ, les photons
absorbés sont identiques. Selon la nature de la substance, les photons perdent plus ou moins d’énergie
lors de la fluorescence. Par exemple, une lumière rouge signifie que le photon a perdu plus d’énergie
que si elle était verte ou bleue.
La microscopie de fluorescence
Pour mieux observer les différentes parties de,
par exemple, une cellule animale, on peut utiliser
la microscopie de fluorescence. Cette technique
consiste à marquer ce qu’on veut observer avec
des fluorophores, c’est-à-dire une substance
chimique capable d'émettre de la lumière de
fluorescente après excitation, puis à observer la
lumière qu’ils émettent. Les microscopes à
fluorescence sont équipés d’une lampe qui éclaire
habituellement avec des rayons ultraviolets. Le
filtre excitant, que l’on peut d’ailleurs voir sur le
schéma ci-contre, sert à filtrer ces rayons pour
qu’ils aient tous une longueur d’onde très précise.
Ensuite, cette lumière est dirigée vers l’objet, et celui-ci émet une lumière d’une plus grande longueur
d’onde (qui contient donc moins d’énergie.) Cette lumière rayonne dans tous les sens, mélangée aux
rayons UV qui proviennent de la lampe. Un filtre sélecteur intervient alors pour ne laisser passer que la
lumière qui vient des fluorophores. Ainsi, on ne voit que cette lumière sur les images du microscope.
On peut aussi placer plusieurs fluorophores différents sur les différentes parties de ce que l’on veut
observer. Ensuite, selon les filtres placés, on peut observer ces parties individuellement ou toutes en
même temps.
Sur l’image ci-contre, on peut voir une cellule qui est en
train de se séparer pour former une nouvelle cellule.
Puisqu’on a identifié les différentes composantes de la
cellule avec des fluorophores, on peut observer chaque
partie individuellement.
La phosphorescence
Lors de la phosphorescence, les électrons excités prennent beaucoup
plus de temps pour revenir à leur état normal. Cela peut prendre de
quelques minutes à plusieurs heures. C’est pour cette raison qu’un
objet phosphorescent continue à émettre de la lumière longtemps
après qu’on ait cessé de l’éclairer.
La couleur de la lumière émise par de la phosphorescence, tout
comme celle émise par la fluorescence, dépend de la nature de la
substance.
Saviez-vous que…
Le mot phosphorescent
signifie « illuminer
comme le phosphore ».
Pourtant, le phosphore
n’est pas
phosphorescent! La
lumière qu’il émet
provient plutôt d’une
réaction chimique.
Les utilisations de la phosphorescence sont très variées. Il existe de la
peinture phosphorescente utilisée pour des questions de sécurité ou
d’esthétique. Il y a aussi évidemment, les étoiles et autres formes qui peuvent être collées dans les
chambres pour enfants.
Bibliographie
BENSAADA, Ahmed, OUELETTE, Benoît & PEPIN, Raynald, Quantum, Chenelière
éducation, 2010.
Médiagraphie
«Le principe du microscope à fluorescence»,
[http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosnano/decouv/02/02_4_2/img/16.htm], [en ligne], (17 mars 2014)
«La différence entre phosphorescence et fluorescence ?»,
[http://www.linternaute.com/science/magazine/expliquez-moi/phosphorescnecfluorescnece/phospho-fluo.shtml], [en ligne], (15 mars 2014)
«La pierre de Bologne», [http://fancysapphire.wordpress.com/2010/06/01/la-pierre-de-bologne/], (17
mars 2014)
«Fluorescence, from Wikipedia, the free encyclopedia », [http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescence],
(15 mars 2014)