Pour de nombreuses personnes à travers le monde, les tout premiers instants de la nouvelle année seront remplis de sons et de jeux de lumières colorés de feux d'artifice. Des coups forts aux longs sifflets, des rouges vifs aux bleus pâles, il existe des milliers de variations de feux d'artifice et toute une branche de la chimie qui explore ces explosions amusantes.

Je suis chimiste et président de la Pyrotechnics Guild International, une organisation qui promeut l'utilisation sécuritaire des feux d'artifice et leur utilisation pour célébrer des fêtes comme le Nouvel An.

Il existe des centaines de formules chimiques - ou, comme j'aime à les imaginer, de recettes pyrotechniques - pour les feux d'artifice. Ces recettes sont toujours basées sur un ancien mélange de produits chimiques qui produit le bang par excellence, mais les feux d'artifice modernes utilisent toutes sortes de magie chimique pour organiser les spectacles incroyables d'aujourd'hui.

Tout commence avec de la poudre noire

Le premier ingrédient de tout feu d'artifice est l'ancienne poudre noire explosive. Il a été découvert par des alchimistes chinois il y a plus de mille ans, et la recette est restée pratiquement inchangée au cours des siècles qui ont suivi. Pour faire de la poudre noire, il suffit de mélanger 75 % de nitrate de potassium, 15 % de charbon de bois et 10 % de soufre. Pour fabriquer un feu d'artifice ou un pétard de base, il suffit de mettre cette poudre dans un récipient, généralement en carton épais ou en papier.

La poudre noire est utilisée pour lancer le feu d'artifice dans les airs ainsi que pour allumer et propulser les effets - comme la couleur - dans un motif dans le ciel. Alors, comment ça marche?

Une fois allumé avec un fusible ou une étincelle, le soufre fond d'abord à 235 F (112,8 C). Le soufre coule sur le nitrate de potassium et le charbon de bois, qui brûlent ensuite. Cette réaction de combustion produit rapidement une grande quantité d'énergie et de gaz, c'est-à-dire une explosion. S'il y a un petit trou pour que le gaz s'échappe, la réaction lance le feu d'artifice dans les airs. Dans un espace très confiné, il explose les composants du feu d'artifice et enflamme tout ce qui se trouve à proximité.

En plus de modifier le degré de confinement de la poudre noire, la modification de la taille des granulés de poudre peut également modifier la vitesse à laquelle elle brûle. Pensez à un feu de camp. Lorsque vous ajoutez une grande branche d'arbre, les flammes brûlent plus longtemps et plus lentement. Si vous jetez une poignée de sciure de bois dans la flamme, elle brûle rapidement et rapidement. La poudre noire fonctionne de la même manière, ce qui permet de contrôler facilement la quantité et la vitesse à laquelle l'énergie est libérée.

Différents produits chimiques pour différentes couleurs

Si vous mettez de la poudre noire très fine dans un espace confiné, elle explose dans un nuage de chaleur, de gaz et de bruit. Alors d'où viennent les couleurs et la lumière vive ?

Lorsque vous chauffez un matériau, vous mettez de l'énergie dans les électrons des atomes de ce matériau. Si vous excitez suffisamment les électrons, lorsqu'ils retombent à leur niveau d'énergie normal, ils libèrent cet excès d'énergie sous forme de lumière.

Il existe un certain nombre d'éléments différents qui, lorsqu'ils sont ajoutés à un feu d'artifice et chauffés, libèrent différentes longueurs d'onde de lumière qui apparaissent sous différentes couleurs. Le strontium donne du rouge. Le baryum produit du vert. Le cuivre brûle en bleu, et ainsi de suite.

Faire des feux d'artifice qui produisent du blues a longtemps été un défi pour les chimistes pyromanes. Les bleus profonds sont trop sombres et ne peuvent pas être vus dans le ciel nocturne. Mais si le bleu est trop clair, il apparaît blanc. La longueur d'onde du "bleu parfait" doit donc être très précise. Ceci est difficile à réaliser car la lumière bleue a une longueur d'onde plus courte, ce qui signifie que la distance entre les pics et les vallées de l'onde lumineuse est très proche.

Certains éléments produisent des couleurs différentes, mais qu'en est-il des étincelles et des flashs ? Pour réaliser ces effets, divers métaux peuvent être ajoutés aux formules pyrotechniques. L'aluminium, le magnésium et le titane produisent tous des étincelles blanches. En ajoutant du fer, vous obtenez des étincelles d'or. Le mélange de divers types de charbon de bois peut produire des étincelles rouges et oranges. Chacun de ces éléments brûle à une vitesse et d'une manière différentes et produit ainsi des couleurs et des intensités de lumière variables.

Faire un sifflet ou un boum

La dernière pièce d'un bon feu d'artifice est un effet sonore excitant.

Pour ajouter des effets sonores aux feux d'artifice, vous avez besoin d'une formule qui produit très rapidement une grande quantité de gaz. Si un feu d'artifice a une petite ouverture pour que le gaz sorte, il produira un sifflement. La vitesse du gaz et la taille de l'ouverture feront varier la hauteur et le son d'un sifflet.

Faire un boom est beaucoup plus facile. Mettez simplement une formule énergétique dans un espace confiné sans nulle part où aller le gaz. Une fois allumé, la pression augmentera et le feu d'artifice explosera, produisant un boum ou un bang soudain.

Alors que vous regardez les feux d'artifice de la Saint-Sylvestre ou que vous lancez les vôtres dans la cour, vous saurez maintenant comment ils fonctionnent. Les feux d'artifice sont très amusants, mais les explosions et les produits chimiques brûlants sont dangereux, même s'ils sont présentés dans des emballages colorés. Si vous pouvez légalement lancer des feux d'artifice grand public dans votre ville, veuillez les manipuler correctement.