On m’a demandé une fois pourquoi certaines flammes étaient bleues (gazinière) et d’autres oranges (bougie, briquet…). Voici une explication.

flames.jpg

(images : gazinière et bougie)

Les flammes d’un briquet et d’une bougie d’abord : elles sont rouges/oranges. Ceci est dû à des particules de carbone chauffées au rouge, comme de l’acier que l’on forge. Ce sont bien des particules et non des molécules ici : elles sont formées à cause d’une combustion incomplète.
La couleur rouge/orange est issue de l’échauffement et non de la combustion : tout corps chauffé à une certaine température émet un rayonnement de longueur d’onde directement lié à la température, ici : du rouge/orange. De même, le corps humain ayant une température de 37°C, émet un rayonnement dans l’infrarouge à 10 µm. De l’acier chauffé autour de 1000°C émet dans le rouge et s’il est chauffé à 1300°C il émet du jaune/blanc.


Les flammes bleues ensuite : la couleur provient du rayonnement de fluorescence émis par les électrons des atomes. Elle est visible grâce à la combustion complète, ne laissant donc pas de place pour la flamme rouge/orange de tout à l’heure.
La chaleur produite par la combustion excitent les électrons, qui retournent alors à un état stable en émettant une lumière, ici, bleue.

Si vous changez de combustible pour ce genre de combustion, vous aurez d’autres couleurs : du cuivre produit une flamme bleue-verte, du sodium (du sel) une flamme jaune, du potassium (sel de régime) une flamme rose.
Selon les ions présents dans le combustible, les électrons auront des niveaux d’excitations différents et émettront donc de la lumière de couleur différente, comme sur cette vidéo :

flame-test.jpg
Ce phénomène, expliqué par la physique quantique, est mis à profit dans les feux d’artifices où les couleurs différentes sont émises par différents éléments de la table périodique.

22 commentaires

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qwerty a dit :

C'est joli, c'est bien sympa, même si j'avais appris ça il y a quelques année. Mais une autre question, bien qui semble ironique, est sérieuse : peut il avoir de la fumé sans feu et fu feu sans fumé ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@qwerty : du feu sans fumée : alumes une bougie, et hop :-)

De la fumée sans feu... Tout depend de ce que tu nommes "fumée", mais j'ai bien un contre exemple.

Si tu chauffes (électriquement, donc sans feu) du plastique, ça se mettra à pyrolyser avec éventuellement emission d'un peu de fumée.
Donc oui : il peut aussi y avoir de la fumée sans feu.

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BenGamin a dit :

@qwerty :
Il y en a évidement plein. Si tu définie la fumée comme des particules de carbone dans l'air :

Feu sans fumée : Combustion complète --> La flamme bleu des gazinières (au contraire une bougie génère de la fumée, la combustion est incomplète et engendre une flamme orange due aux particules de carbones, comme dit dans l'article. Si tu passe ton doigt rapidement dedans ou met une plaque de métal dessus il y aura un dépôt noir de carbone/suie)

Fumée sans feu : N'importe quel combustion qui ne génère pas de flamme --> un barbecue qui s'étouffe à l'allumage, une bougie que tu viens d'éteindre, de la paille au autre qui se consume,etc ...

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tourelle a dit :

La chimie et moi on a jamais été ami, mais c'est sympa d'apprendre certaines choses, je n'avais jamais vu (ni même su que ça existait) de flammes roses et vertes, c'est fait maintenant et je pourrai m'endormir un peu moins idiot ce soir :-)

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ZK456 a dit :

Ah tiens dans un même style, je me posais une question toute bête, mais à laquelle je n'ai jamais trouvé de réponse claire: de quoi est composé une flamme? Parce que si tu prends du butane et du dioxygène, sans étincelle c'est juste un peu de gaz. Et l'étincelle ne modifie pas la composition chimique du mélange...

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Le Hollandais Volant a dit :

@ZK456 : très bonne question, mais j'ai la réponse :)

L'étincelle fournit simplement l'énergie de départ pour amorcer la combustion. Ensuite c'est la combustion elle-même qui fournit la chaleur nécessaire pour que la combustion s'entretienne jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de combustible ou plus de comburant.

Dans la flamme bleue on a des atomes libres ionisés (pas de molécules). C'est à ce moment que la chimie a lieu : les molécules se dé-assemblent pour en former d'autres, plus stables (pour du butane : le butane et l'oxygène deviennent du CO2 et de l'eau).

Dans une flamme rouge de bougie on a une combustion incomplète : tout le carbone de la cire ne brûle pas, et il reste sous forme pure. Ce carbone est chauffé au rouge et on peut même le récupérer : une cuillère placée au dessus de la flamme deviendra tout noir.
L'autre partie du carbone (celle qui brûle) devient CO2+eau.

Si le combustible contient d'autres choses, comme dans le bois, ces choses brûle ou s'évapore ou s'échappent sous forme de particules dans la fumée.

Donc la flamme, c'est là où les molécules de combustible se desassemblent pour que les atomes se reorganisent autrement, et de façon plus stable. Il contient soit des ions qui se réassemblent ensuite, soit des particules chauffées, si chaudes qu'elles sont visibles.

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ZK456 a dit :

@Le Hollandais Volant : Merci pour ta réponse :) Donc pour résumer, une flamme est en fait une sorte de nuage d'ions/molécules en cours de désassemblage/réassemblage, plus des particules?

Et sinon, mes cours de chimie sont un peu lointains pour moi, mais j'ai oublié pourquoi certaines réactions sont exothermiques (et donc permettent une réaction auto-entretenue). D'après Wiki,


dans une réaction chimique exothermique, l'énergie dégagée par la formation de liaisons dans les produits est supérieure à l'énergie requise pour briser les liaisons dans les réactifs.

. Sauf qu'autant je peux imaginer que casser une liaison peut fournir de l'énergie (mais c'est peut-être un biais de mes cours sur le nucléaire, lointains eux aussi), autant j'ai du mal à visualiser pourquoi la formation d'une liaison crée de la chaleur...

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Le Hollandais Volant a dit :

@ZK456 : En fait, les liaisons moléculaires (entre les atomes donc) ont besoin d’un peu d’énergie pour se briser (c’est l’étincele). À ce moment là, les électrons sont dans un état excité et libres (donc non liés entre eux). Enfin, les atomes se réarrangent et forment d’autres liaisons, moins énergétiques qu’avant.
Donc si on a admétons 10 unité d’énergie au départ dans la liaison, il en faut 15 pour la briser (les atomes sont à 25), puis la nouvelle liaison se forment en consommant 5 unités.
Il reste donc 20 unités que les réactifs libèrent sous forme de chaleur et de lumière.

Dans une combustion, 15 de ces 20 unités servent à engendrer la réaction des molécules suivantes, et 5 sont cédées au milieu extérieur : ce sont ces 5 là qui sont récupérés par l’homme pour se chauffer ou pour éclairer.


Sauf qu'autant je peux imaginer que casser une liaison peut fournir de l'énergie […], autant j'ai du mal à visualiser pourquoi la formation d'une liaison crée de la chaleur...



La cassure de la liaison libère de l’énergie, mais la formation en consomme. Seulement, la formation en consomme moins que ce que la liaison cassée a donnée : au final, il y a un surplus d’énergie, donc de chaleur qui est émise à l’air ambiant : ça chauffe.



Au passage et pour l’anecdote, les liaisons parmi les plus stables qui soient sont les liaisons diazotes (N—N où la liaison est une triple liaison).
La formation de ces liaisons lors d’une combustion ne consomme que très peu d’énergie, et donc la réaction en libère énormément au milieu extérieur. Certains réactifs ont besoin de si peu d’energie d’activation qu’un simple effleurement avec une plume sur le réactif suffit à provoquer une explosion : https://www.youtube.com/watch?v=2KlAf936E90

C’est pour ça qu’un très grand nombre d’explosifs contiennent de l’azote, repéré par son préfix chimique « nitr » ou « nitro ».
On en trouve dans la nitroglycérine, la TNT (où le N signifie « nitro »), le nitrate d’amonium…

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ZK456 a dit :

Dans ce sens là, c'est plus clair ^^ Autrement dit, les liaisons font office de "stockage" d'énergie, et c'est la formulation de Wiki (l'énergie dégagée par la formation de liaisons) qui est trompeuse, car elle laisse croire que la formation de liaisons crée de l'énergie, alors qu'elle en absorbe juste moins que celle créée par la brisure des molécules?

Parce que j'avoue que ton explication me paraît plus sensée que la définition que j'ai quotée dans mon message au-dessus :/

Sinon sur les composés nitrés, il me semble que leur propriétés explosives sont renforcées par le fait que les produits transitoires de combustion (les bouts de molécules quoi ^^ ) sont des comburants, ce qui augmente d'autant leur potentiel de destruction, je me trompe?

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BenGamin a dit :

@ZK456 : Pour ne pas trop rentrer dans les détails, la formulation n'est pas fausse. La formation des liaisons dégage bien de l'énergie, les atomes voulant toujours retourner vers un état plus stable (état d'énergie minimal). C'est une question d'équilibre entre les noyaux qui vont se repousser entre eux(charges positives), les électrons de même (charges négatives) mais le ou les électrons mis en commun vont attirer les noyaux.

Pour les composés nitrés, c'est pour deux aspect. Premièrement, oui ils produisent eux même leurs comburant, donc n'ont pas besoin d'apport d'oxygène de l'extérieur, l'énergie est donc libéré quasi instantanément. De plus, le coté destructeur vient du faite que ce sont soit des solides, soit des liquides qui donnent des gazes (attention pas de mauvais jeu de mots :) ), le volume requis pour contenir les produits de la réactions sont donc beaucoup plus grand, ce qui créer un souffle.

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AkaiKen a dit :

Ce que j'adore sur ton blog, c'est que tu expliques des phénomènes que je connais, dont j'avais déjà l'explication mais que je n'avais pas lié entre eux. Ici, la couleur des flammes (ou des étoiles, ça marche pareil), et l'émission dans l'infrarouge des êtres vivants - ce qui fait que les caméras à infrarouges détectent les corps vivants. Merci :3 !

(un détail : dans ton dernier commentaire, tu dis "des gazes", mais ce sont bien "des gaz", tout simplement)

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Le Hollandais Volant a dit :

@AkaiKen : :-)

Mon prochain article reliera pikachu à l’effet tunnel (phénomène de la physique quantique). Du moins… Je tenterais une explication de l’effet tunnel en utilisant Pokémon. Ça promet, mais avec de bon exemples on peut tout expliquer.

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Lilie jesslie granie a dit :

je savais pas tous ça ...
et je voudrais savoir je doit démontrer que une flamme bleu contient , de l'eau de chaux ou du dioxyde de carbonne ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@Lilie jesslie granie : pas d'eau de chaux en tout cas.

Dans le cas d'une gaziniere, c'est de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Enfin... c'est ce qui est formé.

La flamme contient des ions de carbone, d'oxygène, des protons et des électrons.

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pepette a dit :

bonjours je voulais savoir pour la partie sombre de la flamme est bleue et pourquoi le reste est jaune et ne me donnais pas la réponse qui est donnée quand on arrive dans le site parce que j'ai pas compris grands chose et que ma prof meteras n zéro si je réponds sa :)

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kekette a dit :

Ton trucs c'est de la merde ca ne m'aide pas pour mon TPE

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bloodrush a dit :
Bonjour jai une question , je suis entrain de réaliser un exposé( niveau lycée) sur les ajouts sur les bougies , les flammes colorées ect et je fois expliquer pourquoi la flemme devient verte lorsqu'on la met en contact avec du sulfate de cuivre et rouge avec le chlorure de calcium ,malgré toutes mes recherches je ne parvient pas a trouver de réponse satisfaisante et le temps presse
Merci
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Le Hollandais Volant a dit :
@bloodrush : 'émission d' une lumière colorée traduit une transition électronique (relatifs aux électrons) dans la matière, et la quantité d'énergie mise en jeu lors de ces transitions définit la couleur finale.

Par exemple, on sait que le bleu et l'uv sont plus énergétique que le rouge et l'infrarouge : la matière a donc une transition électronique plus grande quand elle émet du bleu que du rouge. On retrouve ça dans les pointeurs laser : les bleus chauffent plus que les verts, que les rouges.

Maintenant, chaque matériaux a des transition électronique propres à lui.
Le cuivre en combustion a une de ses transition énergétique qui est autour de 2,7 eV (ou en joule : 4,5 x 10^-19 J), soit une longueur d'onde de 525 nm, donc du vert.

Les matériaux brûlent tous avec une couleur différents, mais tous ne sont pas visible.

Voir ici : https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Test_de_flamme
Le cuivre brûle dans le vert, le sodium dans le jaune/orange, le potassium dans le violet, etc.


Pour résumer, la combustion est une réaction chimique qui libère de l'énergie, dont une partie est lumineuse. Selon la quantité d'énergie émise dans la lumière (selon l'énergie des photons, donc) , la longueur d'onde varie et la couleur de la lumière qui est associée à cette longueur d'onde, également.

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