Principes des feux d'artifice

Réaction d'oxydoréduction

Pour comprendre les réactions produites dans les feux d'artifice, il est important de connaître ce qu'est une réaction d'oxydoréduction. Premièrement, le terme comporte deux mots: oxydation et réduction. Ce sont ces deux réactions, l'oxydation et la réduction, qui se produisent simultanément au cours d'une réaction d'oxydoréduction. Le s définitions simples et modernes de ces deux mots sont: 

Par ce fait même, l'oxydant capte les électrons d'un corps qui s'oxyde et le réducteur cède les électrons au corps qui est réduit. Ce type de réaction implique un transfert d'électrons entre l'oxydant et le réducteur tout comme les réactions entre acides et bases nécessitent un transfert de protons d'une molécule ou d'un ion à un autre. Une réaction d'oxydoréduction assez simple dans son ensemble, et bien connue, est celle entre le magnésium et l'oxygène. Dans ce cas-ci, le réducteur est le magnésium et l'oxydant est l'oxygène. L'équation se traduit essentiellement à la perte d'électrons par les atomes Mg (pour former des ions Mg²⁺ ) et au gain d'électrons par les atomes O de O₂ (pour former les ions O^2- ). Des phénomènes complexes se produisent quand le métal est converti en oxyde, mais l'effet global est celui d'un transfert d'électrons entre l'oxydant et le réducteur. 

Combustion

Le principe de base des feux d'artifice repose sur la combustion. Le mélange pyrotechnique contient un composé oxydant (nitrates, chlorates, perchlorates), qui libère de l'oxygène, et un composé réducteur (habituellement des non-métaux comme le soufre et le carbone ou des métaux comme le silicium, le bore, le magnésium et le titane), qui capte l'oxygène et sert de combustible. La réaction commence par le transfert d'électrons du combustible (réducteur) vers l'oxydant. Au cours de cette réaction d'oxydoréduction, les atomes du combustible se lient aux atomes d'oxygène libérés par l'oxydant et forment des produits plus stables que les produits initiaux. (Ces produits formés sont le plus souvent du dioxyde de soufre SO₂ ou du dioxyde de carbone CO₂). Ce gain de stabilité des produits s'accompagne d'un dégagement d'énergie, sous forme de chaleur. La réaction est semblable à une combustion normale, mais la source des atomes d'oxygène n'est pas l'air; c'est le mélange pyrotechnique lui-même, de sorte que la libération de chaleur s'effectue dans un très petit volume. 

Caractéristiques des feux d'artifice

La lumière

Les feux d'artifice émettent une odeur et font du bruit lorsqu'ils explosent, mais c'est principalement leur lumière qui les rend si attrayants. Les feux d'artifice émettent de la lumière selon trois phénomènes: l'incandescence, l'émission atomique et l'émission moléculaire. 

L'incandescence

C'est tout simplement le rayonnement de tout corps qui est chauffé. Fait intéressant: l'intensité de la lumière émise, au total, est proportionnelle à la puissance quatrième de la température, de sorte qu'une faible augmentation de température correspond à une augmentation considérable de l'émission lumineuse. 
On retrouve ce phénomène d'incandescence avec du magnésium, par exemple. Lorsque les particules d'oxyde métallique, formées lors de l'oxydation du combustible, sont portées à plus de 3 000 °C, l'incandescence est d'un blanc éblouissant. Si on veut voir des gerbes de longues étincelles plutôt que des éclairs, on a qu'à prendre de plus grosses particules métalliques. Elles resteront chaudes plus longtemps que les petites particules et leur combustion se poursuivra dans l'oxygène de l'air. Il est aussi possible d'ajouter du perchlorate de potassium à la fine poudre de magnésium pour avoir une violente explosion qui accompagne l'éclair blanc. 

La Poudre Noire

Sans être la seule composition pyrotechnique utilisable, la poudre noire est le plus souvent employée dans les artifices de divertissement pour assurer la fonction d'amorçage, de transmission, de retard, de propulsion et, pour les bombes, de charge d'éclatement. iLa poudre noire, placée à la base des fusées, sert à 

  propulser la bombe jusqu'à la hauteur où elle doit exploser;

  éclater les fusées des feux d'artifice et éparpiller les étoiles dans le ciel lors de l'explosion. 

Son utilisation présente plusieurs avantages: elle est peu dispendieuse, les substances qui la composent se retrouvent abondamment dans la nature, elle présente peu de toxicité et le mélange est très stable à l'abri de l'humidité. De plus, une faible quantité d'énergie comme une étincelle provoque la combustion.