Je vous ai décrit dans une précédente vidéo le rayonnement thermique et je vous ai indiqué alors qu’il y avait une autre façon de générer des ondes électromagnétiques que les mouvements de charges électriques. Il s’agit de la luminescence. Cette vidéo va peut-être vous paraitre un peu hors sujet et en vérité cela est relativement justifié dans la mesure où ce que je vais vous exposer ne joue en définitive aucun rôle dans le réchauffement réel ou fantasmé. Si j’aborde néanmoins cette question c’est pour deux raisons. La première est que le GIEC commet l’erreur de définir l’effet de serre comme un processus radiatif et que cette erreur est fondée sur la croyance que les gaz chauds et ou excités rayonnent, ce dont on ne saurait honnêtement lui tenir rigueur dans la mesure où c’est ce que dit effectivement la science officielle. Et cela m’amène à la seconde raison qui est que je vais démontrer que contrairement à cette affirmation les gaz ne rayonnent pas, et donc que la science officielle est dans l’erreur comme lorsqu’elle soutenait que le Soleil tourne autour de la Terre et non l’inverse.
Pour comprendre les arguments et les preuves que je vais exposer à l’appui de ces deux propositions, qui sont d’ailleurs évidemment liées, il faut connaitre les lois qui régissent l’interaction des ondes électromagnétiques et des atomes, qui n’ont aucun rapport avec les émissions thermiques que nous avons étudié dans la vidéo précédente.
Nous avons vu dans celle-ci qu’il n’existait que deux façons d’engendrer des ondes électromagnétiques. La première est liée aux mouvements de charges électriques. La radiation thermique du type Corps Noir appartient à cette catégorie. La luminescence est donc la deuxième façon d’engendrer des ondes électromagnétiques. Luminescence est un terme générique qui regroupe toutes sortes de phénomènes réunis sous l’intitulé de lumière froide, et qui vont des tubes au néon à la bioluminescence du plancton en passant par la phosphorescence des anciens cadrans de montre et même aux LEDs si on y regarde de près.
La caractéristique fondamentale de la luminescence est d’abord qu’il s’agit d’un phénomène qui concerne exclusivement les atomes et pas les molécules et qui ne s’explique que dans le cadre de la mécanique quantique. Il échappe à la mécanique classique et n’est pas décrit par les équations de Maxwell. C’est grâce au développement de la spectroscopie et à l’étude de la luminescence que la structure de l’atome a été élucidée au cours du dernier siècle
L’idée d’atome a été avancée dès l’antiquité par Démocrite près de 500 ans avant notre ère en s’appuyant sur un de ces raisonnements éblouissants devant lesquels on ne peut que s’émerveiller tant ils sont simples, généraux et irréfutables.
Découpons un petit morceau de matière, imagina Démocrite, puis découpons un des morceaux de la même manière et ainsi de suite des milliers de fois, à l’infini. Il n’y a que deux résultats possibles, soit il ne reste rien et dans ce cas la matière n’existe pas, soit il reste quelque chose d’indivisible, un atome, qui est le plus petit élément de matière existant- le mot atome signifiant en grec indivisible.
Nous savons aujourd’hui que l’atome n’est pas indivisible et que cet épithète s’applique à ces particules plus élémentaires que sont les électrons, les protons et les neutrons ou du moins nous l’avons cru jusqu’à la découverte de particules encore plus élémentaires, les quarks, qui composent protons et neutrons et nombre d’autres particules, sauf l’électron qui est réellement comme les quarks une particule élémentaire. On se pose encore à leur sujet la même question que Démocrite se posait à savoir s’ils constituent le stade ultime de cet empilement de poupées russes ou s’il se pourrait qu’ils soient eux-mêmes composés de particules encore plus élémentaires. Après tout où s’arrête le raisonnement de Démocrite ? Au cours du siècle dernier un modèle de l’atome s’est progressivement construit qui fait aujourd’hui autorité et que vous connaissez très certainement. L’atome est considéré comme un petit système solaire constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons satellites. Le noyau tout petit mais très dense est formé d’un assemblage de protons positifs et de neutrons qui ne portent pas de charges électriques. Les neutrons jouent cependant un rôle essentiel en assurant la stabilité du noyau. En effet les protons positifs se repoussent les uns les autres du fait qu’ils ont la même polarité. Ils se repoussent très fort du fait qu’ils sont très proches et les noyaux exploseraient si ces protons n’étaient pas retenus par une force encore plus puissante mais qui n’agit qu’à très courte distance et que l’on appelle l’interaction forte.
Les neutrons ne sont pas sensibles aux forces électromagnétiques mais ils le sont à l’interaction forte. Par leur présence et en fonction de leur nombre ils renforcent la cohésion du noyau jusqu’à un certain point. Au-delà d’une certaine taille en effet les noyaux deviennent trop gros et l’interaction forte n’est plus capable de contrebalancer la force électromagnétique. Ces atomes obèses sont radioactifs et se brisent spontanément. Les corps qui ne différent que par leur nombre de neutrons sont appelés des isotopes et la plupart des corps simples qu’on trouve dans la nature sont en fait des isotopes dotés du nombre de neutrons qui assure la meilleure stabilité, ce qui correspond fréquemment à un nombre de neutrons voisin du nombre de protons.Ce nombre de protons que l’on appelle numéro atomique et que l’on écrit Z, détermine la nature de l’élément. L’hydrogène, le premier des éléments n’a qu’un proton, l’uranium en a 92 et actuellement on a identifié et nommé 118 éléments mais les éléments transuraniens n’existent pas à l’état naturel et ne sont produits qu’en laboratoire. Ils ne sont pas stables et se désintègrent très rapidement pour donner des éléments moins lourds. Ce nombre Z est responsable du comportement chimique des éléments que l’on appelle aussi corps simples et qui sont au nombre d’une centaine. Ce sont les briques de l’Univers. Il n’y en a pas d’autres ! L’univers tout entier est construit avec ces 92 éléments seulement, comme toute la littérature est construite sur un alphabet de 26 lettres seulement. C’est vraiment quelque chose de saisissant.
Le nombre d’électrons d’un atome est égal au nombre de protons du noyau de sorte que l’atome est électriquement neutre. L’électron est très petit, avec une masse qui n’est que d’un millième de celle du proton. Les électrons attirés par les protons orbitent autour du noyau et sont distribués en couches, chaque couche ne pouvant admettre en vertu d’un principe connu sous le nom de Principe d’exclusion de Pauli qu’un nombre déterminé d’électrons. Sans entrer dans des détails qui nous mèneraient trop loin sans nécessité disons que les électrons d’un atome possèdent quatre paramètres qu’on appelle des nombres quantiques et le Principe de Pauli énonce que deux électrons ayant les mêmes nombres quantiques ne peuvent coexister dans le même atome. C’est ce principe qui impose une structure des couches électroniques telle que la première couche ne peut avoir plus de 2 électrons, la seconde ainsi que la troisième plus de 8 ; les deux suivantes plus de 18 et les deux dernières plus de 32, Au-delà, et même avant, les atomes ne sont pas stables et si on arrive à les produire artificiellement leurs durées de vie sont extrêmement brèves. Les couches doivent se remplir régulièrement l’une après l’autre, à partir de la première, sans trou. Elles sont donc toutes saturées à l’exception de la dernière. Chaque couche correspond à un niveau d’énergie précis. Ce sont les électrons de la couche extérieure qui déterminent les propriétés chimiques d’un élément car ce sont eux qui, mis en commun entre deux atomes, permettent à ces derniers de s’accrocher pour former des molécules. C’est ce qui explique la fameuse table de Mendeleïev qui classe tous les éléments en colonnes selon le nombre d’électrons de cette couche. Tous les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques similaires.
Gardez à l’esprit que la description que je vous fais de l’atome est un modèle qui permet de prédire son comportement. Ce n’est pas une image réelle de l’atome qui est un objet quantique beaucoup plus complexe et qu’on ne peut réellement pas appréhender car il n’existe rien de comparable à l’échelle macroscopique qui est la nôtre. En particulier la nature des électrons nous échappe dans la mesure où, comme les photons, ils tombent sous le coup de la dualité onde-corpuscule de sorte qu’ils ne peuvent être localisés précisément comme on le fait quand on les considère comme des particules de matière. Ils n’ont pas de trajectoires réelles mais une probabilité de se trouver ici ou là qui est calculée à partir de la très célèbre équation de Schrödinger dont je vous fais grâce. Néanmoins cet aspect corpusculaire et ce modèle sont fonctionnels et permettent en particulier de comprendre les spectres d’émission des atomes excités et d’attribuer les raies qui les caractérisent comme découlant des sauts d’électrons d’une couche à une autre. Ces raies s’expliquent du fait qu’à chaque couche correspond un niveau d’énergie et que pour sauter d’une couche à une autre il faut fournir à un électron une énergie bien précise égale à la différence des niveaux énergétiques entre la couche d’origine et la couche d’arrivée. Ces niveaux sont définis par le nombre quantique n attaché à chaque électron qui définit sur quelle couche il est localisé. Ce sont ces sauts engendrés par l’absorption d’une onde électromagnétique qui constituent ce qu’on appelle une « excitation ». En réalité d’ailleurs il ne s’agit pas réellement du saut d’une particule mais de sa disparition d’une couche et de l’apparition instantanée d’une autre particule identique sur une couche supérieure.
Mais un atome excité est instable puisque sa configuration électronique a changé et qu’un électron excédentaire se trouve sur une couche où il ne devrait pas être tandis qu’il en manque un sur sa couche d’origine. Le Principe de Pauli exige donc le retour de cet électron à sa case départ. Cette retombée libère un photon ayant exactement la même énergie et donc la même fréquence que celui qui avait provoqué l’excitation. Il s’agit donc d’un photon qui a une fréquence extrêmement précise, ce qui se traduit lorsqu’on relève le spectre de l’élément par une raie lumineuse très fine. C’est cette émission qui constitue la luminescence.
En spectroscopie pratique on n’excite en général pas un élément en le soumettant à une onde de longueur d’onde précise, l’exception étant constituée par le laser, mais par d’autres moyens, par exemple en le chauffant ou en le soumettant à une décharge électrique de sorte que le spectre affiche les raies, non pas d’un seul photon correspondant au saut d’un unique électron, mais de toutes les raies correspondant à toutes les retombées possibles, que l’on groupe par séries. Par exemple pour un atome d’hydrogène, toutes les retombées possibles d’un électron excité retombant sur la couche 1 constituent la série de Lyman, celles de la retombée sur la couche 2 la série de Balmer et ainsi de suite.
Bien, je crois que ce petit cours sur la structure de l’atome et la luminescence qui d’ailleurs pour beaucoup d’entre vous constituera plutôt un rappel qu’un savoir nouveau, et qui bien sûr ne fait qu’effleurer le sujet est néanmoins suffisant dans le cadre du but que je poursuis, et je le compléterai à l’occasion de la prochaine vidéo que je consacrerai à démontrer que les gaz ne rayonnent pas et à expliquer pourquoi.
***
Laisser un commentaire