De la poudre plein les yeux : la magie des feux d’artifice

Screen Shot 2013-09-03 at 10.25.35 PMIl est difficile d’imaginer un été où nous n’avons pas l’occasion d’assister au moins une fois à un feu d’artifice. Et à Montréal, nous sommes particulièrement gâtés avec l’International des feux, qui a lieu chaque année depuis 1984. Cette compétition est la plus importante au monde, avec près de trois millions de spectateurs. Or, pour moi qui suis chimiste, ces gerbes et ces fusées représentent une belle application d’une science qui, malheureusement, n’a pas toujours bonne presse.

L’histoire des feux d’artifice remonte au VIIe siècle avec la découverte, par les Chinois, de la poudre noire. Celle-ci, connue aussi sous le terme de « poudre à canon », est l’élément essentiel à la production de feux d’artifice. Elle consiste en un mélange de soufre, de charbon de bois et de salpêtre. Les deux premiers sont les agents combustibles alors que le salpêtre, du fait de sa composition (KNO3)*, offre pour la combustion une source d’oxygène supplémentaire à celle que contient l’air. Il en résulte que lorsque la poudre noire est allumée, elle brûle violemment et produit de grandes quantités de gaz. D’ailleurs, à l’origine, les Chinois utilisaient ce mélange comme agent de propulsion pour des fusées incendiaires façonnées à partir de tiges de bambou.

C’est un moine anglais, Roger Beacon, qui découvrit, au XIIIe siècle, la nature explosive de la poudre noire. Confinés dans un espace restreint – le baril d’un canon, par exemple, – les gaz produits par la combustion sont émis à la vitesse du son. Ces gaz, porteurs d’énergie, servent à la propulsion du projectile et produisent en même temps un son (« bang ») caractéristique. Remplacez le canon par un tube en carton et vous avez une pièce de feu d’artifice. Mettez plusieurs de ces pièces ensemble et allumez-les à des intervalles déterminés et vous avez tout un spectacle de pyrotechnie (du grec, pyro, qui signifie « feu », et technie, qui signifie « art »: « l’art du feu »!

Mais ce qui fait la beauté des feux d’artifice, ce sont les étincelles et les couleurs. Là encore, c’est la chimie qui intervient. Lorsqu’une substance absorbe de l’énergie, elle doit éventuellement la restituer, entre autres sous forme de lumière. C’est ce qui se passe quand la plaque de votre poêle devient rouge. L’énergie électrique a été convertie en énergie lumineuse.

Lorsque les feux d’artifice sont apparus, les seules couleurs disponibles étaient essentiellement le jaune et le blanc. Mais à partir du XIXe siècle, l’introduction de nouveaux éléments a permis la production d’une panoplie de couleurs. Le strontium est utilisé pour créer un rouge intense (c’est pourquoi on le retrouve également dans les fusées de signalisation routière). Le magnésium, pour sa part, offre le blanc éclatant qui illumine le ciel. Il est notamment utilisé par les militaires. Des fusées au magnésium attachées à des parachutes sont larguées au-dessus des positions ennemies pour mieux les repérer la nuit. C’est aussi le magnésium qui était utilisé dans les cubes flash des appareils photos. Ceux d’entre vous d’un certain âge s’en souviendront! Pour la couleur verte, il y a les sels de baryum. Les sels de sodium, quant à eux, donnent une couleur jaune (ce sont des lampes au sodium qui éclairent nos autoroutes). Mais la couleur la plus difficile à obtenir, et celle à partir de laquelle on juge le talent d’un maître artificier, est le bleu. Un sel de cuivre – le cuivre mono chloré (CuCl), produit le meilleur bleu mais pour cela, il faut que la température d’émission soit parfaitement calibrée, ce qui n’est pas facile. Si ce n’est pas le cas, d’autres sels de cuivre sont produits, qui donnent des couleurs rouges ou vertes.

Il existe une variété de pièces pyrotechniques dont l’effet dépend de leur composition et de leur structure. La plus spectaculaire est la bombe aérienne. Celle-ci comprend un dispositif propulseur à base de poudre noire, un dispositif d’allumage à retardement et un compartiment contenant des petits sachets remplis du mélange pyrotechnique appelés étoiles. La bombe est lancée à partir d’un tube en carton, le mortier. Lorsque la bombe a atteint la bonne altitude, le système à retardement déclenche l’explosion du compartiment contenant les étoiles, libérant les étincelles de couleur. C’est la position de ces sachets dans la bombe qui produit les différents effets dans le ciel. Il existe aussi des bombes à plusieurs étages. L’explosion de chaque compartiment déclenche un dispositif à retardement. Ce dernier allume le compartiment suivant, qui contient un autre mélange pyrotechnique. C’est ce qui donne lieu à une série d’explosions successives avec des effets différents.

Les amateurs de records seront intéressés d’apprendre que la plus grosse bombe jamais tirée a été lancée en 2009 au célèbre festival pyrotechnique Katakai-Matsuri, au Japon. La bombe pesait 450 kg et avait un diamètre de 120 cm. Vous pouvez voir des images de ce « monstre » à http://tonymcnicol.photoshelter.com/ et du résultat à http://www.youtube.com/largestfirework/

Il y a un danger inhérent associé aux feux d’artifice et c’est pourquoi leur utilisation devrait être réservée aux spécialistes, ce qui, malheureusement, n’est pas toujours le cas. Au Canada, on estime que les feux d’artifice ont entraîné jusqu’à aujourd’hui 200 accidents, surtout parmi les garçons de 10 à 14 ans. Aux États-Unis, le chiffre est de l’ordre de 10 000. Certains s’inquiètent aussi de l’impact environnemental des feux d’artifice. Pour y remédier, Walt Disney a développé un système de propulsion à air comprimé qui remplace la poudre noire. Il y a aussi des artificiers qui utilisent des rayons laser en diffusant simultanément des bruits d’explosion. Je ne sais pas si je suis prêt à accepter cette technologie.

*Pour la petite histoire : le salpêtre a un goût salé et autrefois, les soldats utilisaient la poudre à canon pour assaisonner leur nourriture.

Ariel Fenster

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