Les feux d'artifice, une technologie vieille de plusieurs siècles, sont un symbole emblématique des célébrations du Jour de l'Indépendance, mais ils sont également une merveille de la science et de l'ingénierie modernes. Poursuivez votre lecture pour découvrir la science derrière les feux d'artifice que vous verrez tout le pays ce soir.
1. La formule chimique pour les feux d'artifice a été inventée par accident. Au cours du 10ème siècle, les Chinois ont commencé à fabriquer des feux d'artifice avec de la poudre à canon (le premier explosif chimique connu n'avait été découvert que récemment). Mais les spécialistes pensent que les inventeurs ont trouvé la formule chimique de la poudre à canon (soufre, charbon et nitrate de potassium ou salpêtre) lorsqu’ils tentaient de créer un élixir d’immortalité. Au fil du temps, les Chinois ont développé une grande variété de feux d'artifice produisant différents types d'effets visuels, et le pyrotechnicien est devenu une profession respectée dans la société chinoise.
2. Les feux d'artifice sont conçus pour ne pas exploser. Contre-intuitivement, les chimistes conçoivent des feux d'artifice pour brûler aussi lentement que possible, plutôt que d'exploser rapidement. Une combustion plus lente signifie qu'un feu d'artifice produira un effet visuel plus long couvrant une plus grande partie du ciel. Pour y parvenir, les produits chimiques utilisés dans les carburants et les oxydants - généralement des métaux tels que l’aluminium ou le magnésium et les percholates, chlorates ou nitrates pour les oxydants - ont un grain relativement gros, de l’ordre de 250 à 300 microns, grain de sable. De plus, les chimistes évitent de mélanger le combustible et l'oxydant, ce qui les rend plus difficiles à brûler.
Les pellets emballés dans les feux d'artifice contiennent des produits chimiques qui produisent les couleurs vives que nous voyons dans le ciel. (Wikimedia Commons) 3. Différentes couleurs sont produites par différents produits chimiques . Les couleurs vives visibles lors de l'explosion de feux d'artifice sont le résultat d'étoiles pyrotechniques - des granulés de produits chimiques qui génèrent certaines couleurs ou produisent des effets d'étincelle lorsqu'ils sont brûlés. Lorsque la charge de rupture est allumée, le combustible principal explose en premier, transférant de l'énergie aux produits chimiques colorants, ce qui incite les électrons de ces produits chimiques à passer à un état excité. Puis, quelques instants plus tard, lorsque les produits chimiques colorants se refroidissent et que les électrons retombent dans leur état initial, ils libèrent l’énergie supplémentaire sous forme de rayonnement coloré lorsqu’ils volent dans le ciel. La couleur spécifique dépend du produit chimique: les composés à base de strontium et de lithium brûlent en rouge intense, tandis que le calcium brûle en orange, le sodium en jaune, le baryum en vert et le cuivre en bleu.
4. Les formes de feux d'artifice sont produites par une conception intelligente . Pour réaliser des feux d'artifice de formes inhabituelles, tels que des doubles anneaux, des cœurs ou des étoiles, les techniciens conditionnent le carburant et les produits chimiques colorants à l'intérieur d'un tube dans différentes formations. Un noyau central de combustible, entouré d'un anneau de pellets, produira un feu d'artifice circulaire, tandis qu'une double couche de pellets créera un double anneau dans le ciel. Si les granulés sont mélangés à l'intérieur avec le carburant, les traînées de couleur se répartiront à partir d'un point central, comme dans le motif «saule». Pour les formations particulièrement difficiles, comme un cœur ou une étoile, les pastilles de colorant sont collées sur un morceau de papier à la forme souhaitée. Lorsque le carburant brûle, le papier s'enflamme et les colorants s'envolent selon le même schéma.
5. Les feux d'artifice polluent. Malgré tout le plaisir des feux d'artifice, ils ont un inconvénient. Nous avons déjà écrit sur la façon dont les pièces pyrotechniques peuvent surprendre et même tuer des populations d'oiseaux. Ils peuvent également nuire de manière plus insidieuse à la faune et la flore en introduisant des métaux lourds, des composés de soufre et de charbon et de la percholate dans les plans d’eau locaux. Des feux d'artifice sont souvent lancés sur des lacs et des rivières, et ces sous-produits de la combustion peuvent nuire aux écosystèmes aquatiques au fil du temps. Les polluants en suspension dans l'air peuvent également affecter les humains, en particulier ceux souffrant d'asthme.
