Quand la lumière naît des contraintes mécaniques - La Triboluminescence

Réalisé par Florent Saudrais, Valentin Thirion & My-An Tran, dans le cadre de TP de Chimie Inorganique du Magistère de Physico-Chimie Moléculaire – 2ème année (Université Paris-Sud / ENS Paris-Saclay).

____________________________________________

D'AUTRES VIDEOS SUR LA TRIBOLUMINESCENCE

► LIFE SAVER LIGHTNING (Triboluminescence Slow Motion) - Smarter Every Day https://www.youtube.com/watch?v=tW8q_JfmcbU
► Etude et synthèse d'un composé triboluminescent - Louis Godeffroy, Carmen Robin, Benjamin Rotonnelli https://www.youtube.com/watch?v=WA2YG3JqvXw&t=5s

____________________________________________

BIBLIOGRAPHIE

► Synthèse du composé triboluminescent – Marchetti et al. J. Chem. Educ. 2012, 89- 652-655. dx.doi.org/10.1021/ed2001494 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed2001494

► Comparaison de la température de fusion – « Synthesis of the [Cu(NCS)(py)2(PPh3)] coordination compound with photoluminescent properties », The Annals of the “Dunarea de Jos” University of Galati, Romania, Fascicle II – Mathematics, Physics, Chemistry, Informatics (CD-ROM), Year III (XXXII) 2009, 195-199, ISSN 2067-2071. https://www.researchgate.net/publication/257959196_Synthesis_of_the_CuNCSpy2PPh3_coordination_compound_with_photoluminescent_properties_The_Annals_of_the_Dunarea_de_Jos_University_of_Galati_Romania_Fascicle_II_-_Mathematics_Physics_Chemistry_Informati

► Application aux détecteurs de dégâts structuraux – Fontenot et al. Materials Today. Volume 14, Issue 6, June 2011, Pages 292-293 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136970211170147X

____________________________________________

Une liste du matériel et des logiciels utilisés, pour les curieux / intéressés.

PHOTOGRAPHIE
► Filmé sur Canon EOS 700D

MUSIQUE
► Bruitage des écrans de transition + musique du générique – Composé sur Yamaha Piaggero NP-V60
► Background de l’animation – "Drops of H2O (The Filtered Water Treatment)" - J.Lang - 2012 - Sous license Creative Commons Attribution 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

LOGICIELS
► Montage – Vegas Movie Studio Platinum 13.0 (Steam Powered), Adobe Photoshop
► Animation – PowerPoint 2016, Gimp

Et si je vous disais qu'on peut produire de la lumière avec des bonbons ?

Mais pas n'importe quel bonbon :

celui que l'on va vous présenter aujourd'hui a la particularité d'être triboluminescent.

Explications

Tout d'abord, le terme luminescence

désigne la capacité d'un matériau à émettre un rayonnement

dans le domaine de la lumière visible, après avoir été soumis à une excitation.

On distingue plusieurs types de luminescence selon la nature de cette excitation

Pour une absorption de photos on parlera de photoluminescence

pour l'effet d'un courant électrique, d'électro-luminescence

et pour une réaction biochimique, de bioluminescence.

Mais il existe également une autre forme d'excitation pouvant mener à de la luminescence :

l'application d'une force mécanique sur un composé.

Ce phénomène est appelé triboluminescence,

un nom venant du Grec "triben" signifiant "frotter" ou "broyer".

Un exemple célèbre de matériau triboluminescent est le sucre,

qui est capable d'émettre des étincelles bleutées lorsqu'il est brisé.

Dans cette vidéo, nous allons vous présenter des expériences que nous avons réalisées

dans le but de synthétiser un composé triboluminescent et d'en caractériser les propriétés.

et nous tenterons de donner une explication à ce phénomène.

Comme une image vaut mieux que mille mots, nous avons pensé qu'il serait sans doute intéressant

de vous montrer un exemple concret mettant en évidence le phénomène de triboluminescence.

pour ce faire nous avons utilisé un composé qu'il est très facile de se procurer :

un bonbon britannique appelé Wint-O-Green Life Saver.

Ce bonbon ne brille pas particulièrement par ses qualités gustatives

mais il a l'avantage de présenter des propriétés de triboluminescence aisément observables

que nous avons donc essayées de mettre en évidence.

Il nous aura fallu... plusieurs essais infructueux

avant de trouver la bonne technique à utiliser afin de briser le Life Saver.

Mais finalement...

Avez-vous réussi à voir le flash lumineux ?

À vitesse réelle de ce dernier est difficilement perceptible

mais lorsque l'on ralenti les choses, on peut effectivement constater

la présence d'une étincelle bleutée.

Du fait des limitations techniques imposées par notre matériel,

nous n'avons pu filmer qu'en 25 images par seconde.

En utilisant des caméras plus performantes,

il est possible d'obtenir des résultats bien plus impressionnants !

Les images suivantes sont tirées d'une vidéo de la chaîne youtube Smarter Every Day

et comme vous pouvez le constater,

l'utilisation d'une caméra permettant de filmer à une fréquence de plusieurs milliers d'images par seconde

rend l'observation du phénomène de triboluminescence bien plus aisée.

Si vous avez été attentifs, vous aurez également pu remarquer

que l'émission de lumière semble d'autant plus importante

que la force employée pour briser le Life Saver est grande.

Cela est en réalité directement lié au mécanisme expliquant la triboluminescence

et nous allons maintenant tenter de vous le décrire.

Avant toute chose, il est important de préciser que le mécanisme exact de la triboluminescence

n'a pas encore été élucidé dans ses moindres détails.

Ce que nous allons vous présenter est l'hypothèse la plus communément admise

parmi les scientifiques qui se sont penchés sur ce sujet.

Mais elle ne peut ni ne doit être considérée comme irréfutable.

Donc, la triboluminescence, comment ça marche ?

Lorsqu'un composé triboluminescent subit une contrainte mécanique,

par exemple, lorsqu'on le brise,

il se produit un phénomène que l'on nomme séparation de charges.

Les charges négatives présentent dans le cristal, portées par les électrons,

et les charges positives, portées par ce que l'on appelle des trous ou des lacunes électroniques,

vont se répartir de part et d'autre de la brisure qui se propage.

En raison du fait que les charges positives et négatives soient ainsi séparées,

Une différence de potentiel apparaît entre les deux extrémités de la cassure et augmente à mesure que les charges s'accumulent.

Et lorsque cette différence de potentiel atteint un point critique...

Il se produit une décharge électrique !

Cette décharge n'est en réalité rien d'autre qu'un flux d'électrons, et n'est donc pas lumineuse intrinsèquement.

Mais en revanche, elle est capable de fournir de l'énergie aux molécules qui entourent le composé triboluminescent !

En recevant cette énergie, ces molécules vont passer dans un état dit "excité"

et elles vont dès lors chercher à retourner dans leur état fondamental, ce dernier étant plus stable.

Et la façon la plus simple de faire cela est tout simplement de réémettre l'énergie emmagasinée

sous forme de lumière, en émettant un photon !

Ce dernier phénomène porte un nom que vous avez sûrement déjà entendu :

il s'agit tout simplement de fluorescence.

Pour résumer la triboluminescence est le résultat d'une succession de trois étapes :

premièrement, une contrainte mécanique provoque une séparation de charges ,

deuxièmement, la différence de potentiel ainsi créé provoque une décharge électrique,

et troisièmement, cette décharge transmet de l'énergie aux molécules voisines

qui la réémettent sous forme de lumière par fluorescence.

Maintenant que nous connaissons le mécanisme de la triboluminescence,

nous pouvons revenir au sujet que nous évoquions tout à l'heure,

à savoir : pourquoi son intensité semble être corrélée avec la force que l'on applique au composé ?

Cela est en réalité très facile à expliquer :

plus la force appliquée est importante, plus la structure du composé est modifiée

et donc plus le phénomène de séparation de charges prend de l'ampleur.

On aura par conséquent plus de décharges électriques, donc plus de molécules voisines excitées,

et donc finalement, une fluorescence plus intense.

Mais justement, en parlant de ces molécules excitées, quelles sont-elles ?

Et bien... cela dépend de la situation.

prenons l'exemple du sucre qui sans doute le composent entre monia sens le plus connu

si l'on casse simplement trop de sucre

l'esad molécules voisine susceptibles de passer dans un état d'excitation celle de l'air et en particulier le djihad qui représente la majeure partie

c'est donc la fluorescence de diazote qui sera mise en jeu dans ce cas

mais cette fois les culés même majoritairement dans le train violet et seule une petite partie du rayonnement émis se trouve dans le domaine de

la lumière visible cela explique non seulement pourquoi la tribologie de sens un morceau de sucre apparaît bleu foncé

mais aussi pourquoi allez plutôt difficile à observer car très peu intense

à la verse et lumière émise par les lags serveurs le ça paraît beaucoup plus intense par comparaison et pourtant c'est encore le sucre qui

en est responsable il se trouve que dans les moments l'axé rolls des molécules de sucre sont entourés d'un

nombre d'autres molécules et notamment de celle ci date de métive

aussi connu sous le nom des centres émetteurs chine lorsqu'il est utilisé en tant qu'arme alimentaire

salicylate de méthyle possède lui aussi des propriétés fluorescence mais contrairement aux autres îles mais principalement dans le domaine du visible

et donc de mieux une très bonne licence qui nous aident beaucoup plus facilement perceptible et voilà si vous avez bien suivi ses explications

vous connaissez maintenant hélas théorique de la tribu les naissances il est maintenant temps de passer à la pratique

Observez la tribu lui naissance d'un bonbon c'est bien mais faire c'est mon propre composé tribaux luminescents c'est mieux ainsi

en suivant un protocole d'un article issu du joe volpe

coéducation nous avons tenté de synthétiser un complexe de cuivre répondant au doux nom de 10 pires b

répondant au doux nom de desbiens dean triffin il faut ce film ce sauna depuis 20 ans

alors sachant que nous avions quatre heures pour faire l'ensemble des expériences montré dans cette vidéo je vous laisse juger de la faisabilité

de la synthèse qui dans l'article a été réalisé par des étudiants

travailler en binôme pendant deux jours pour information nous étions trois et nous avions quatre heures pour tout faire

nous en restons donc à rester jusqu'à la fin de la vidéo pour voir si nous avons réussi à faire cette synthèse

les romands nous ne sommes pas découragés et nous sommes lancés

pour cela il nous fallait 0 points 121 g monsieur sonate de cuivre 1

5 minutes de pyridine

0.2 162 grammes de très fines il faut s'il

le souhaite introduire dans le ballon ce qui donne cette solution jaune

mais sous agitation magnétique au bain-marie environ 70 degrés avec un réfrigérant au

ski permis de ne pas faire évaporer tout le milieu réactionnelle avec le chauffage

et tout cela pendant environ trois heures si on suit les conseils de l'article

alors en pratique ce qui se passait nous sommes aperçus en plein milieu que le ballon était plus à 70° était

redescendu à 25 degrés ce qui nous a contraint à remonter la température en cours de route

de toute manière le temps manquait pour lester la solution chauffer pendant trois heures

alors nous avons décidé de raccourcir le temps de chauffage à 2h ce nom

En

Théorie le produit c'est bien formés dans le web mais s'est dispersée dans le second qui nous font retirer

le but elle afin d'obtenir un solide pour ce faire vous emmenons le ballon en promenade pour l'emmener un évaporateur rotatif

l'évaporateur rotatif c'est l'instrument que vous voyez ici

il suffit d'y fixer le ballon puis dit le maître se rotation et le plonger dans un bain d'eau chaude

ensuite on fait descendre la pression dans le bal

en tord il est seulement s'évapore à de fortes températures les faire descendre la pression permet d'abaisser la température d'ébullition

ce qui permet de les élaborer facilement

une fois que tout évaporé ballon et enlever du bain la rotation est stoppé et le ballon est retiré du dispositif

un produit de couleur crème sous forme de paillettes et ainsi obtenu comme l'on peut le voir sur ce plan

un produit a effectivement été obtenues et comment vérifier qui correspond bien à celui que l'on cherchait

En chimie une fois qu'une synthèse effectuée

il convient de faire des analyses et de comparer aux données de l'article pour voir si on a correctement fait la synthèse

ici nous allons effectuer un spectre infrarouge du spectre hier

pour ce faire il faut mettre le produit que l'on veut analyser d'un spectromètre comme on peut le voir ici

ce dernier à l'elysée le composé est envoyé à l'ordinateur auquel il est relié un spectre la courbe que vous pouvez voir sur l'écran

d'un spectre hier chaque pic

chaque bande du spectre correspond à une partie de notre composé et ressort un nombre bien précis que l'on appelle nombreux troncs

par exemple cette bonne correction la figuration de la maison sedwill on n est ressort à 2065 cm en inde après l'article

voici donc le spectre de l'article et voici le nôtre là on s'aperçoit que le spectre se ressemble fortement on retrouve de gauche à droite

la bande à 2065 pour la liaison ces doublons n est celle environ

1594 sur la pire et dean et ainsi de suite

nous avons donc réussi à synthétiser notre composé une autre valise la mesure de la température de fusion

avec un manque aux fleurs a cependant donné des résultats plus mitigés

mesure où notre composé une température de fusion de deux cent quinze degrés soit certain degré de plus que ce qui était attendu

une explication probable serait la présence d'impuretés en particulier de réactifs qui n'aurait pas été totalement consumés comme vous pouvez le voir

le seul composé dont la présence pourrait augmenter la température de fusion et le cu est saine il s'agit donc du candidat le plus plausible

à l'origine nous voulions surtout synthétisée un composé tribaux luminescents qui serait donc capable d'émettre la lumière s'est soumis à une force

d'avant donc mis notre produit dans une coupelle puis avec une baguette un verre ou là-haut frotter

nous sommes placés dans le noir pour mieux observer le phénomène

si toutefois la tribu la naissance de notre composé est bien de serviable alors avons nous réussi 3 et la wii pc là

mais

J'ai pas vu un bon truc

Marche est un petit peu pour

Gilbert

Et oui nous avons effectivement réussi

mais comment expliquer un tel succès de la synthèse nous avons émis la théorie que finalement le complexe de cuivre se forme assez rapidement

un moyen de vérifier cela serait de faire un suivi par chromatographie sur couches minces

il se trouve que la tribune naissance du composé est assez remarquable

en effet un de nos encadrants a fait remarquer qu'il a rarement vu une tribune naissance si sensible et si voyante

et nous pensons que l'utilisation de l'évaporateur rotatif a été déterminant dans la luminescence

en effet pour récupérer le composé de solutions s'offraient à nous il est possible de faire une filtration sous vide

cela consiste à refroidir enfin marc placé le ballon permettant la formation de cristaux puis des filtres et le tout

à la fin on obtient plus tôt une poudre nous avons quant à nous opté pour l'évaporateur

elle tisse de l'opération le produit ces dépôts sous forme de film plaquettes tout autour du bassin

ces dernières sont susceptibles de mieux se brise et qu'une poudre déjà très fine ce qui augmente la probabilité d'observer le phénomène de tribeau luminescence

La tribune les sens c'est un phénomène bien mot est un mot sympathique à faire deviner au point de vue mais à quoi cela sert-il

depuis sa découverte il ya plus de 300 ans la tribu naissances suscite la curiosité chimiste qui s'y intéressent

longtemps le phénomène est resté un mystère

fascinant à observer mais demeurant sans application concrète connaît ce n'est qu'en 1999 qu'une équipe de chercheurs

proposent une utilisation de composer tribuil naissant en tant que détecteur de dégâts structuraux à l'intérieur de matériaux

imaginons un matériau d'intérêt dont on veut suivre l'intégrité au cours du temps une plaque de plexiglas par exemple

les molécules d'une tribu lui laissant pourrait y être intégrés

ainsi parce qu'une fracture de matériaux se fait à cause d'un impact de tension une pression la lumière est créée par tribal naissance

il est possible d'imaginer une détection de cette lumière par un dispositif tel qu une photodiode par exemple

l'inconvénient serait d'avoir des composés tribaux lune et sans suffisamment lumineux pour envisager de les coupler avec un système de détection assez sensible

compact et peu onéreux

néanmoins de telles molécules existe bel et bien et ont fait l'objet de tests en tant que détecteur de dégâts structuraux

comme cette charmante molécules dont je vous laisse le plaisir de lire le nom

En conclusion nous pouvons dire que l'observation de tribeau la naissance et la synthèse d'un composé

présentant ses propriétés ont été un succès malgré la présence probable d'impuretés révélée par la mesure de la température de fusion

nous pourront à l'avenir chercher à développer des composés tribaux luminescentes émettant une lumière

plus intenses que ceux étudiés dans le cadre de ce type est tout simplement s'intéresser de plus près à l influence des conditions expérimentales

et en particulier de la température sur l'efficacité de la synthèse notre composé merci à vous d'avoir regardez notre vidéo

et n'hésitez pas à continuer à vous renseigner sur ce sujet s'il a éveillé votre curiosité