Que la lumière soit !

"Tout se défait dans la lumière. Comprendre, c’est fracasser la nuit originelle"

Pierre Turgeon

Conseillez Sciencetips
à vos amis

Bonjour,
Aujourd'hui : "Que la lumière soit !"
Où l’on découvre que des roches peuvent briller par elles-mêmes

1603, Bologne, Italie. Le cordonnier (et alchimiste à ses heures perdues) Vincentius Casciorolus est euphorique. Il pense avoir enfin trouvé… la pierre philosophale ! À lui la richesse et l’immortalité ! Il faut dire que la pierre en question a une propriété extraordinaire : elle brille de mille feux une fois exposée à la chaleur.

Illustration Sciencetips
Voir en grand

Malheureusement pour lui, cette pierre n'a rien d’un élixir de jouvence : ce n'est qu'un spécimen de baryte (BaSO₄). Et si elle brille ainsi dans le noir, c'est à cause de la "thermoluminescence".

Baryte, photo : Marie-Lan Taÿ Pamart
Voir en grand

Pour comprendre, il faut plonger au cœur du minéral. La baryte adopte une structure dite "cristalline", avec des atomes bien ordonnés. Mais parfois, des atomes étrangers se glissent dans cette structure si parfaite, créant des irrégularités.

Structure cristalline de la baryte, illustration Sciencetips
Voir en grand

Or, dans la nature, la baryte est exposée à la radioactivité naturelle, celle issue des rayonnements cosmiques (provenant de l'espace) ou de l'uranium (une roche naturellement radioactive présente dans le sol).

Uranium, photo : Jędrzej Pełka
Voir en grand

Cette radioactivité excite les électrons des atomes de baryum, et ce jusqu'à provoquer leur éjection. Mais ils ne vont pas aller bien loin… Ils sont recapturés et piégés par les fameux atomes étrangers. On parle de "piège à électron".

"Piège à électron", illustration Sciencetips
Voir en grand

C'est en chauffant la baryte (ce qu'a fait Vincentius) au-delà d'une certaine température que ces électrons vont être libérés et s'échapper de leur piège. Ils libèrent alors de l'énergie qui se manifeste sous forme… de lumière : la roche brille !

Ce phénomène se produit chez plusieurs types de roches : baryte, calcite, fluorite et célestine.

Thermoluminescence de la fluorite, photo : Mauswiesel
Voir en grand

En pratique, il sert à dater les objets anciens en terre cuite : plus l'objet est vieux, plus il a été exposé à la radioactivité naturelle, et plus la lumière émise en le chauffant est intense.

Vincentius n'a peut-être pas découvert la pierre philosophale… mais il a fait la lumière sur un phénomène bien utile aux archéologues.

Étude d'un cheval en terre cuite par thermoluminescence, l’observation de la structure de l’objet indique qu’il est moderne, photo : CIRAM
Voir en grand