Des aiguilles de réveil et des bracelets multicolores visibles dans le noir, des lucioles lumineuses en pleine nuit,  des T-shirts qui paraissent anormalement blancs en boîte de nuit...

Produire de la lumière n'est pas réservé aux lampadaires et aux lampes de poche à partir d'électricité. Mais cet inventaire à la Prévert mélange deux phénomènes différents : fluorescence et phosphorence. Éclairons tout cela !

Pourquoi voit-on certains objets dans le noir après les avoir éclairés ?

La réponse la plus logique et directe est "parce qu'ils sont fait pour !" : ils contiennent un matériau qui a une l'étonnante propriété d'emmagasiner de l'énergie pour la rendre sous forme de lumière. On appelle cela la phosphorescence.

Que se passe-t-il quand une particule d'énergie lumineuse (un photon) arrive sur un objet ?

L'objet est fait d'atomes et grouille d'électrons qui tournent autour de ses noyaux atomiques.

Or les photons peuvent "exciter" les électrons en leur donnant leur énergie, ce qui fait passer les électrons de leur niveau d'énergie "normal", stable, à un autre niveau d'énergie instable. →

← En général, les électrons se débarrassent de ce trop-plein d'énergie illico presto (en une nanoseconde, c'est-à-dire 1 milliardième de seconde) en émettant un photon pour revenir à leur niveau d'énergie stable.

Cette désexcitation électronique se passe en permanence dans tous les objets baignés soumis à de la lumière.

Il n'y a pas là de quoi faire là un objet qui fournira des photons quelques heures plus tard !

Par contre, il y a une astuce possible - et c'est celle que l'on utilise pour les objets fluorescents - en choisissant des atomes où les électrons "grimpent" jusqu'à un niveau d'énergie... mais redescendent en plusieurs fois.
Ils perdent alors un premier photon (pas forcément visible) jusqu'à un niveau d'énergie intermédiaire plus bas, qui est instable mais où ils peuvent rester plus longtemps.
Ils se débarraseront ensuite, tranquillou, quelques minutes ou quelques heures plus tard, d'un deuxième photon qui lui est visible !

Ca y est, nous avons la recette pour les aiguilles de réveil et les étoiles collées au plafond que l'on voit dans le noir longtemps après les avoir éclairées : elles "avalent" un photon et "recrache" l'énergie qu'il leur a apportée en deux étapes !

Les matériaux que l'on utilise pour cela sont fait de molécules - comme l'aluminate de strontium SrAl₂O₄ - dans lesquelles cette désexcitation "en deux étapes" est rendue obligatoire par des règles bien précises de la mécanique quantique... mais nous n'entrerons pas dans le détail ici.

Pourquoi certains objets ont l'air "trop lumineux" ?

Même si vous ne vous n'avez jamais utilisé le maquillage fluo de ce jeune homme, que vous ayez déjà surligné des morceaux de texte ou vécu à l'époque où les vêtements fluos étaient de rigueur... vous avez déjà vu des objets plus lumineux que la lumière ambiante. Tous ces objets ont un point commun : la fluorescence, qui leur permet de "transformer" immédiatement une partie de la lumière invisble à nos yeux qu'ils reçoivent en lumière bien visible !

Bon, autant vous le dire tout de suite, là aussi, c'est la mécanique quantique qui est à la manoeuvre et avec des phénomènes aussi divers au complexes. Nous n'entrerons donc pas dans les détails du "pourquoi / comment" mais seulement dans le conséquences que l'on peut observer.

Reprenons la situation à deux photons des molécules phosphorescentes, car le phénomène n'est pas très éloigné : la fluorescence est aussi un phénomène où un électron "grimpe" en énergie, au-delà d'un niveau intermédiaire d'où il va redescendre en émettant un photon visible.

Mais il y a une différence : il ne peut pas redescendre au niveau intermédiaire en émettant un photon. Il est donc obligé de perdre d'abord un peu d'énergie sous forme de chaleur avant de pouvoir perdre - sous forme de photon cette fois - ce qui lui reste alors comme énergie excédentaire.

Et il n'y a pas que pour s'amuser que la fluorescence est utilisée :
c'est elle qui est à l'oeuvre dans les ampoules fluocompactes !

Par contre, pour les T-shirt est "plus blanc que blanc" en boîte de nuit, il faut chercher ailleurs l'explication de leur anormale luminosité !

Ils ne contiennent aucune teinture particulière : cet effet-là est du à l'éclairage et au fonctionnement de nos yeux. Cela se produit quand une pièce est éclairée avec une lumière bleue à la limite des ultra-violets : notre oeil en perçoit une partie, juste assez pour qu'il ne fasse pas totalement noir. Mais les T-shirts blancs diffusent ces UV juste à la limite du bleu... or nos yeux sont très sensible au bleu !

Cette astuce est d'ailleurs aussi utilisée pour la lessive - et nos grand'mères en étaient fans pour les voilages des fenêtres ! Encore aujourd'hui, allez faire un tour au rayon lessive des magasins : il existe des additifs bleus pour "éclaircir" les linges blancs.

Et les lucioles dans tout ça ?

Et bien elles n'ont pas besoin de faire les courses pour briller, pas plus que certaines méduses : de nombreux êtres vivants fabriquent eux-mêmes des molécules capables de faire de la lumière !
Mais sont-ils fluorescents ou phosphorents ?
En d'autres termes, émettent-ils de la lumière en transformant une lumière que nous ne voyons pas ou gardent-ils "en réserve" la lumière du jour ?

En plus d'avoir un certain don pour utiliser la fluorescence, certains animaux  ont une façon de briller très personnelle : ils savent véritablement fabriquer de la lumière dans leur organisme !
Reprenons dans l'ordre...

Tout d'abord, la bio-fluorescence : certains animaux - des poissons notamment - transforment une partie non visible de la lumière ambiante pour la transformer en lumière visible...

Voir Pourquoi certains animaux sont-ils aussi "flashy" ?

Enfin, d'autres animaux sont de vraies "lampes de poche" : ils sont bio-luminescents. Cela veut dire que - lumière ambiante ou pas - ils émettent de la lumière.

Voir Ces animaux qui fabriquent de la lumière...

Quant à la bio-phosphorescence qui permettrait à certains animaux d'émettre de la lumière dans le noir bien longtemps après que le soleil se soit couché, grâce à des molécules phosphorescentes... la possibilité existe... mais je n'ai pas trouvé trace de publication où cela soit démontré... Ca viendra peut-être !)