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Courrier des Lecteurs

2010 - saison 1/3

 

 

5/3/2010 - D.M./V.H.

Phosphorescence alimentaire,

divers photoluminescence

 
cdl cdl cdl

 

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Dialogue antérieur - Dialogue suivant

 

 

 

 

PM : Après lecture de votre page sur la fluorescence et la phosphorescence, je m'interrogeais sur la possibilité de créer quelque chose de phosphorescent qui se déclinerait dans l'alimentaire. C'est-à-dire, est-ce qu'un des procédés actuel pour créer une réaction de phosphorescence pourrait être ingéré ?

 

 

 

 

 

 

Dtp : En fluorescence oui cela existe, mais en phosphorescence la question se pose avec plus de doutes a priori.

Dans la foulée, ajoutons une autre question pour Jean-Louis qui va nous répondre : la phosphorescence existe-t-elle dans le monde végétal ou animal ?

 

Jean-Louis : Sur la première question, non ce n'est pas possible. La phosphorescence demande des propriétés qui sont assez peu compatibles avec l'alimentaire. C'est généralement inorganique (donc insoluble, d'où problèmes pour l'ingurgiter et surtout pour l'élimination), et il y a très souvent des métaux, donc problèmes de toxicité.


Les lecteurs ont de drôles d'idées :)

 

Dtp : C'est plaisant, c'est exotique ! Il y a peut-être un fantasme (sympathique et sûrement très ancien) dans cette idée d'ingérer de la lumière : devenir soi-même lumineux. Un dieu gaulois, Lug (le bien nommé) avait une tête tantôt de lumière, tantôt d'or selon les légendes qui d'ailleurs sont répandues sur tout l'aire celtique. Cela a vraisemblablement donné sous une forme christianisée et appauvrie (une vague histoire de trésor) la fameuse appellation "Tête d'or" chère aux habitants de Lugdunum (1).
 

Jean-Louis : Concernant les animaux lumineux ce n'est pas de la phosphorescence, c'est de la chimioluminescence (2). Et puis manger des vers luisants ou des méduses...

 

 

 

 

 

Dtp : Certains animaux marins bioluminescents très petits doivent pouvoir être "bus" (avec courage là aussi). Cela ne donnerait qu'un résultat certes symbolique, poétique, mais visuellement éphémère, pour ainsi dire de la coupe aux lèvres. Il existe un moyen d'obtenir un effet visuel peut-être plus riche dont voici un exemple :

 

 

Formation de plancton photoluminescent autour

d'une nageuse à "Bio Bay", Puerto Rico

lien externe - autres images sur Google

 


Ce "plancton" est malin. Quand un prédateur approche, le ban se regroupe pour éclairer une autre proie afin de détourner son attention sur elle. C'est une piste pour un plasticien. Un vrai travail avec du vivant qui réagit. Reste à reproduire une colonie et tout son environnement. Une gageure.

 

 

 

Une piste : les planctons luminescents

 

 

Profitons de l'occasion pour revenir sur un point plus théorique qui n'est guère abordé dans les articles de Dotapea consacrés aux phénomènes de photoluminescence.

Qu'est-ce qui fait que dans une telle configuration de la matière, un électron mettra un certain temps à relâcher un photon alors que dans d'autres ils transmettront tout de suite, qu'en penses-tu ? Sait-on d'où provient cette paresse, cette temporisation ?

 

Jean-Louis : Quand un atome ou une molécule est excité (thermiquement, électriquement, optiquement, ...), un ou plusieurs électrons passent sur des niveaux énergétiques supérieurs. Le retour à la normale se fait progressivement, avec émission de chaleur, ou plus directement avec émission de lumière (fluorescence).

Dans certains cas, le retour à la normale se fait très lentement parce que l'électron s'est retrouvé sur un niveau "interdit". Donc en principe il ne devrait même jamais en descendre. Il en redescend mais lentement. D'où la durée. Ce genre de phénomènes apparaît le plus souvent dans des composés inorganiques à base de métaux, notamment les terres rares.

 

Dtp : D'accord.
Mais un niveau interdit... qu'est-ce que c'est ? On peut entrevoir ici ou là le terme "niveau piège", c'est ça ?

 

Jean-Louis : Les électrons ne peuvent pas aller comme ils veulent sur n'importe quel niveau. Il y a des "règles de sélection" qui donnent les probabilités de transition. Certaines transitions sont interdites, i.e. très improbables. C'est quantique, donc rien n'est blanc ou noir. Un électron peut néanmoins arriver "par derrière" sur un niveau d'où en principe il ne peut pas descendre. Il va donc y rester longtemps.

 

Dtp : Donc il existe des règles de base et aussi, comme c'est à une échelle quantique, une probabilité qu'il y ait des exceptions, c'est ça ?


Jean-Louis : C'est comme pour l'effet tunnel, en principe l'objet quantique à une probabilité faible mais non nulle de passer à travers le mur.


 

 

Eléments paresseux et niveaux interdits

 

 

Dtp : Une petite parenthèse maintenant. [passer à la suite]

 

On a vu (article Les liaisons entre atomes) qu'avec les métaux, en général un électron peut assez librement circuler parmi un nombre important d'atomes. Ce sont les "liaisons métalliques". Mais sauf exceptions ça se passe entre métaux et si nous plaçons un oxygène ou un autre non-métal dans le cheptel métallique, nous verrons apparaître des liaisons covalentes ou ioniques selon le Δχ (voir lien précédent). Plus compliqué, dans une même molécule il peut y avoir un delta <=2 entre 2 atomes et >2 entre deux autres.
Et c'est là la question : comment s'organise le nuage ? Est-ce que les niveaux électroniques sont différents de sorte que plusieurs types de liaisons puissent avoir lieu simultanément  ? Est-ce qu'un liaison métallique est compromise dès que l'on introduit des non-métaux ?

 

Jean-Louis : Dans une molécule les électrons sont localisés, c'est pas une structure de bandes [sur les bandes, lire passage in La valence]. Donc il peut y avoir des excès et des lacunes à différentes endroits. Et il peut exister différentes liaisons dans la même molécule, par exemple covalentes, ioniques, hydrogène, ...

 

 

 

Liaisons diverses dans un nuage

 

 

Dtp : Concernant les terres rares que tu évoquais comme des atomes importants pour les phénomènes de phosphorescence, on dirait qu'il existe un lien avec une particularité de la sous-couche dite 4f des lanthanides, qui en représentent la majeure partie (3). On lit dans une célèbre encyclopédie participative (pardon pour l'aspect un peu aride de cette citation à lire en diagonale éventuellement) que :

 

 

Pourquoi les terres rares ?

 

"(...) les lanthanides sont caractérisés par le remplissage de la sous-couche 4f, et les orbitales f écrantent le noyau atomique moins efficacement que les autres orbitales : par ordre d'efficacité d'écrantage décroissant, les orbitales atomiques se rangent en s > p > d > f ; en raison de cet écrantage imparfait, la charge nucléaire agit davantage sur les électrons périphériques lorsque le numéro atomique augmente, de sorte que le rayon des atomes et des ions de lanthanides diminue du lanthane jusqu'au lutécium" [c'est la "compression des lanthanides"]


L'écrantage et encore davantage l'efficacité d'écrantage sont des concepts que l'on n'abordera pas davantage ici, l'important étant de bien saisir que c'est la spécificité d'une seule couche qui favorise des phénomènes particuliers, dont peut-être l'erreur d'aiguillage que tu évoquais, à la source des phénomènes de photoluminescence.


Quoi qu'il en soit, si l'on prend par exemple les variantes de CaWO4, qui (comme ZnS ou CaS) est une base standard pour différents pigments phosphorescents, on s'aperçoit que les éléments utilisés en complément pour obtenir de la phosphorescence sont bien tous des lanthanides, donc des terres rares.
Ci-dessous, CaWO4-Nd, -Ce, -Pr, -Sm, -Er, -Eu :

 

 

Courtoisie de SurfaceNet.de,

Peter Droste © - Lien

 

 

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(1) Lugdunum (Lyon) signifierait en latin la colline de Lug ou de lumière.

(2) On dit aussi bioluminescence. De même pour l'occasion on pourrait ressortir du grenier de nos mémoires l'adjectif "noctiluque", (ou noctulescent) signifiant luisant pendant la nuit. D'un emploi rare mais approprié.

(3) Les terres rares sont les quinze lanthanides - voir lanthane et suivants in table périodique des éléments - plus le scandium et l'yttrium, dans la même colonne (même nombre d'électrons dans la couche externe).

 

 

 

("écranter" signifie "faire écran)

 

 

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