SimplyScience: Un bâton lumineux, comment ça marche?

Fonctionnement d'un bâton lumineux:

1. tube transparent en plastique déformable

2. tube en verre fin cassable rempli d’une solution d’eau oxygénée (peroxyde d’hydrogène)

3. dérivé du diphényloxalate et colorant fluorescent contenus dans le tube en plastique

4. Lors de la cassure, l’eau oxygénée sort du tube en verre et se répand dans le tube en plastique.

5. Les deux liquides se mélangent et la réaction chimique résultante produit de la lumière (chimiluminescence) dans tout le bâton.

(Image: Ryan Wilson/Wikimedia Commons, Licence C-C)

Structure d'un bâton lumineux

La structure d'un bâton lumineux est visible sur l'image de droite. Un tube en plastique résistant et déformable contient un liquide - un dérivé du diphényloxalate - et un colorant fluorescent. Ce tube contient un second tube plus étroit en verre fin et cassable rempli d’eau oxygénée ou peroxyde d’oxygène. Lorsque l'on tord le grand tube en plastique, le tube à l'intérieur se casse et libère le liquide qui se mélange au premier. La réaction chimique entre les deux produits induit une lumière qui se répand sur toute la longueur du tube.

D'où vient la lumière exactement?

Cette lumière provient de l’énergie emmagasinée dans les liaisons chimiques des liquides présents au départ. C'est la réaction chimique qui libère graduellement cette énergie. Cette réaction se produit aussi dans la nature (voir l'article sur la bioluminescence).

En cassant le tube en verre, le dérivé du diphényloxalate (1) entre en contact avec le peroxyde d’oxygène (2). Le dérivé est oxydé et la réaction donne du phénol (3) et un composé instable nommé dioxétane dione (4). Il se stabilise en se décomposant en dioxyde de carbone et en transférant son excès d’énergie au colorant fluoluminescent. Ce dernier passe alors dans un état «excité» et émet de la lumière (un photon) pour retourner à son état normal.

Les bâtons lumineux peuvent prendre diverses couleurs. Cela dépend uniquement du colorant fluoluminescent utilisé dans le mélange. Selon la structure chimique du colorant, les photons émis auront une longueur d’onde différente et donc la lumière une couleur particulière. Ci-dessous quelques exemples de structures chimiques que l’on trouve dans ces colorants.