Quelle est la différence entre fluorescence et phosphorescence ?
Fluorescent, phosphorescent, réfléchissant, photoluminescent… Il existe tant de termes en sciences utilisés au quotidien pour désigner un objet qui émet de la lumière dans l’obscurité. Mais quelle est la différence entre tous ces concepts et dans quel contexte les utiliser ?
Au travers de cet article, nous allons reprendre chacun de ces différents concepts et énoncer les principaux mécanismes de la luminescence. De façon générale, la luminescence regroupe l'ensemble des phénomènes émissifs et il est donc aisé de confondre les différents termes, en particulier quand il s’agit de la différence entre fluorescence et phosphorescence.
Qu’est-ce que la photoluminescence ?
Avant d’expliquer ce que sont des objets fluorescents et phosphorescents, il est important de comprendre quelle est la définition de la photoluminescence. En effet, la photoluminescence présente deux types différents de réactions : la phosphorescence et la fluorescence. Un produit dit fluorescent sera également considéré comme photoluminescent. Ce sera également le cas d’une matière phosphorescente.
Définition de la photoluminescence
La photoluminescence est un phénomène physique dans lequel une substance absorbe les photons d’une énergie lumineuse pour la réémettre ensuite sous forme de lumière. De manière plus synthétique, c'est le processus par lequel un matériau absorbe de la lumière et émet de la lumière dans une longueur d'onde différente. Ce phénomène est observé dans de nombreux matériaux, tels que les cristaux, les semi-conducteurs, les colorants fluorescents et phosphorescents, ainsi que certaines substances biologiques en sciences.
Le processus de base de la photoluminescence est lié au niveau d'énergie électronique dans les atomes ou les molécules du matériau. Lorsqu'une substance est exposée à une source de lumière, certains de ses électrons absorbent l'énergie de la lumière et sont excités à des niveaux d'énergie supérieurs. En quelques mots, la lumière excite les photons présents dans la matière, qui en échange réémet l’émission énergétique.
Cependant, ces niveaux d'énergie élevés ne sont généralement pas stables, et les électrons excités finissent par retourner à leurs états d'énergie initiaux inférieurs en émettant de la lumière.
En d’autres termes, cet état d'énergie plus bas permet de libérer ainsi l'énergie excédentaire sous forme de lumière. La différence d'énergie entre les niveaux électroniques détermine la longueur d'onde de la lumière émise.
Il existe deux principaux types de photoluminescence : la fluorescence et la phosphorescence.
Qu’est-ce que la fluorescence ?
Dans le cas d’une substance dite fluorescente, le matériau absorbe de l'énergie de la source lumineuse et réémet immédiatement cette énergie sous forme de lumière. Dans la fluorescence, les électrons excités retournent à leurs états fondamentaux, et l’émission de lumière est donc immédiate après avoir été excités.
La lumière réémise a généralement une longueur d'onde plus longue (et donc une énergie plus faible) que celle de la lumière initiale absorbée. L'une des caractéristiques de la fluorescence est que l'émission de lumière est instantanée et cesse immédiatement après excitation.
La fluorescence est largement utilisée dans des domaines tels que la recherche scientifique, la biologie cellulaire, la détection de substances et l'imagerie médicale.
Quelques exemples d’objets fluorescents :
- Les gilets jaunes et gilets de sécurité
- Les marqueurs et surligneurs fluos
- Les petits bâtons lumineux « à craquer » avec une énergie d’activation progressive
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Mémo Principales caractéristiques d’un produit fluo :
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Qu’est-ce que la phosphorescence ?
Contrairement au phénomène de fluorescence qui cesse immédiatement lorsque la source lumineuse est coupée, la phosphorescence perdure pendant une durée plus ou moins variable.
La phosphorescence est similaire à la fluorescence, mais dans ce cas, l'émission de lumière continue pendant un certain temps, même après que la source de lumière ait été éteinte. Les électrons excités restent dans des états d'énergie élevés pendant un certain temps avant de revenir à leurs états fondamentaux et d'émettre de la lumière.
En fonction de la nature du matériau phosphorescent, le processus de relaxation peut être de quelques minutes à plusieurs heures.
Ce délai est dû aux transitions électroniques plus complexes dans le matériau, qui nécessitent plus de temps pour revenir à leur état fondamental. C'est pourquoi les objets phosphorescents peuvent briller dans l'obscurité et émettre de la lumière pendant un certain temps après avoir été exposés à la lumière, même après l’arrêt de l'excitation lumineuse.
La phosphorescence est notamment observée dans certains pigments utilisés pour les produits lumineux dans l'obscurité.
Quelques exemples d’objets phosphorescents :
- Les aiguilles de montres
- Les stickers et différents produits lumineux dans les chambres d’enfants
- La signalétique et panneaux « issues de secours » en cas de panne d’électricité
- Les peinture phosphorescentes dans les souterrains
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Principales caractéristiques d’un produit phosphorescent :
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En résumé, la fluorescence émet de la lumière lorsque la matière est soumise à une excitation lumineuse et cessera lorsque la source de lumière sera coupée, alors que la phosphorescence continuera de diffuser la lumière dans le noir. Comme le matériau fluo lui-même n’émet pas de la lumière à proprement dit, il est utilisé de manière ponctuelle alors que la matière phosphorescente continue d'émettre de la lumière même si on arrête de l'éclairer.
Qu’est-ce qu’un objet réfléchissant ?
Un objet réfléchissant est un produit dont la matière renvoie une partie de la lumière qui le touche. Lorsque la lumière incidente provenant de la source lumineuse atteint la surface d'un objet réfléchissant, une partie de cette lumière est renvoyée dans différentes directions, y compris vers l'observateur. Cela permet à l'observateur de percevoir l'objet en question en fonction de la lumière réfléchie par sa surface.
Les objets réfléchissants peuvent varier en fonction de leur degré de réflexion. Certains produits réfléchissants renvoient la lumière de manière très nette et spéculaire, ce qui signifie que la lumière est renvoyée dans une direction spécifique et que les images peuvent être clairement reflétées. D'autres objets peuvent avoir une réflexion plus diffuse, renvoyant la lumière dans de nombreuses directions, ce qui crée une apparence plus diffuse et moins nette.
Les surfaces réfléchissantes sont couramment utilisées dans de nombreux domaines, notamment dans la conception de miroirs, de surfaces réfléchissantes pour les éclairages, de matériaux de signalisation réfléchissants pour la sécurité routière et dans les technologies optiques où la réflexion de la lumière est essentielle pour la formation d'images et d'informations visuelles.
Il est important de garder en mémoire qu'un matériau réfléchissant n'est pas luminescent. C'est un simple effet miroir de la lumière exposée sur le matériau.
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