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)