PS n°210 : Sonoluminescence
La sonoluminescence : le son tranformé en lumière.,
Seth Putterman,
Pour la science n°210, Avril 1995 , p. 42-49.
MC : sonoluminescence, ondes acoustiques, rayonnement lumineux. Notes : Comment un bulle d’air soumise à des ondes acoustiques peut elle permettre d’émettre un rayonnement lumineux ? Découvrez dans cette article la sonoluminescence, et les premières théories expliquant ce phénomène. Contenu : Le phénomène de sonoluminescence a été constaté dans différent domaines, comme la catalyse des réactions chimiques. Seth Putterman et son collègue Bradley Barber se sont intéressé à ce phénomène étrange : une bulle d’air soumise a des ondes acoustiques, gonfle et se dégonfle 30 000 fois par secondes, en produisant une brève étincelle, en commençant par piéger une unique bulle d’air dans de l’eau (la force d’Archimède étant compensée par la force due aux ondes acoustiques). Compléments : LR n°354 : Comment faire de la lumière avec du son
L’expérience leur a tout d’abord montré qu’il fallait soumettre la bulle à des ondes acoustiques d’intensité 110 décibels pour avoir une sonoluminescence et que les étincelles étaient émises à intervalle très régulier (tout les 35 millionièmes de seconde), duraient moins de 50 picosecondes, et que la bulle émettait essentiellement dans le violet et l’ultraviolet.
Ensuite ils ont pu observer le mécanisme qui aboutissait à l’émission lumineuse : pour commencer, la bulle soumise aux ondes acoustique se met à gonfler passant d’un rayon de quelques micromètres à 50 micromètres, puis la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la bulle engendre un effondrement violent (le rayon de la bulle passe de 50 micromètres à 0.5 micromètres) qui est stoppé par les forces de répulsions entre les atomes que contient la bulle, il y a alors production de lumière, en enfin la paroi rebondit plusieurs fois avant un nouveau cycle.
Aucune théorie ne permet encore d’expliquer correctement les variations du rayon en revanche l’origine de la lumière est elle expliquée, en effet, on sait que la compression de la bulle engendre une augmentation de la température de 10000 K et de la pression (10000 atmosphères), on en déduit donc que l’implosion de la bulle est suffisante pour dissocier les molécules qui émettent des rayonnements en se recombinant. La seule faille de cette théorie c’est qu’elle ne parvient pas à expliquer le spectre de la lumière émise. On suppose donc l’existence d’une autre phénomène : la vitesse atteinte lors de l’implosion créerait des ondes de chocs à l’intérieur de la bulle qui continueraient de progresser même après que la bulle ait arrêté de rétrécir et concentreraient de l’énergie. L’onde subsisterait jusqu’à un rayon de 0.1 micromètre faisant monter la température jusqu’à 100 000 kelvins, échauffement correspondant aux longueurs d’onde émises.
Le modèle établit par les scientifiques n’est cependant toujours pas satisfaisant, et de nombreuses questions restent en suspend, notamment depuis que l’on a découvert que si l’on place différents gaz rares dans la bulle, les spectres d’émissions sont différents. La sonoluminescence est dons un phénomène à étudier, qui pourrait trouver une application dans l’étude de la fusion nucléaire contrôlée a cause des énormes quantité d’énergie qu’elle met en jeu.
Les effets chimiques des ultrasons, par Kenneth Suslick, Pour la science n°138 (avril 1989) – La sonochimie , pour la science n°159 page 11 (janvier 1991) – Observation of Synchronous Picosecond Sonoluminescence, par BP Barber et S Putterman, dans Nature vol.352,n°6333,p 318 à 323 (juillet 1991) – Sensitivity of Sonoluminescence to Expérimental Parameters, par BP Barber, CC Wu, R Lôfstedt ,PH Roberts et S Putterman,dans Physical Review Letters,vol.72,n°9 p 1380 à 1383 (février 1994) – Effect of Noble Gas Doping in Single-Bubble Sonoluminescence,par R Hiller,K Weninger,SJ Putterman et BP Barber, dans Science vol.266, 148 à 250 (octobre 1994) .