Phosphorescence

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La phosphorescence est le phénomène observé lorsqu'une matière continue à émettre de la lumière après avoir été éclairée. Le terme signifie approximativement illuminer comme le phosphore. Le phosphore blanc donne en effet de la lumière dans le noir, mais dans cette matière ce sont des réactions d'oxydation (chimiluminescence) qui en sont la cause. Phosphorescence et fluorescence sont deux formes différentes de luminescence.

Le phénomène de phosphorescence proprement dit est dû, lui, à une autre réaction : il s'agit d'une suite de pertes d'énergie par des électrons qui ont été excités et qui retournent à des niveaux d'énergie plus bas. Le fait que cela se passe lentement relève du domaine de la mécanique quantique : le retour des électrons à leur état habituel concerne un passage interdit.

Des matières phosphorescentes comme les aluminates de terres rares^[1] sont utilisées pour peindre les aiguilles de certains réveils ou montres, ainsi que dans la fabrication de jouets lumineux.

Différences entre « fluorescence » et « phosphorescence »

Schéma fluorescence contre phosphorescence

Une molécule phosphorescente possède la propriété d'absorber de l'énergie lumineuse (lumière d'excitation) et de la restituer lentement sous forme de lumière phosphorescente (lumière d'émission). Une fois l'énergie du photon absorbée, la molécule se trouve alors généralement dans un état électroniquement excité, souvent un état singulet, que l'on note S0*. Le retour à l'état fondamental peut alors se faire de différentes manières : soit par fluorescence, soit par phosphorescence.

La fluorescence est caractérisée par l'émission d'un photon de manière très rapide. Cette rapidité s'explique par le fait que l'émission respecte une des règles de sélection de l'émission de photons de la mécanique quantique qui est ΔS=0, ce qui signifie que la molécule reste dans un état singulet.

La phosphorescence quant à elle est caractérisée par une transition d'un état S=0 vers un état S=1 (état triplet), qui n'est pas permise par le modèle quantique, mais qui est rendue possible par le couplage spin-orbite. Cependant, la transition est plus lente à s'effectuer. Suit alors une émission de photon pour retourner à l'état fondamental.

Utilisation

Certaines montres fabriquées dans la première moitié du XX^e siècle utilisaient des traces de radium ou tritium pour exciter en permanence la peinture phosphorescente (à base de sulfure de Zinc ZnS) de leurs aiguilles.

Cette pratique dangereuse (en particulier pour ceux qui travaillaient à leur fabrication) a été abandonnée au profit de peintures à base d’aluminate de strontium (SrAl₂O₄) dopé par de l'europium, ces peintures ayant une rémanence et une luminosité dix fois plus grandes.