Feu d'artifice : quelle réaction chimique est mise en jeu ?

Parler feux d'artifice, ça permet de parler chimie sans trop en avoir l'air et sur un sujet qui parle à tout le monde. Parce que les feux d'artifice, ce sont des bruits et des couleurs qui enchantent généralement nos nuits d'été ou nos fêtes du Nouvel An. Et qui fascinent petits et grands.

Les feux d’artifice sont des cadeaux de la pyrotechnie, la science de la combustion des matériaux et de ses effets. Ils ont été inventés en Chine, au VII^e siècle. Mais c'était alors dans l'idée d'éloigner les mauvais esprits. La Chine reste toutefois aujourd'hui encore un important fabricant de feux d’artifice. En France, le premier feu d'artifice a été tiré en 1615, à l'occasion du mariage d'Anne d'Autriche avec Louis XIII.

Si à l'origine, les feux d'artifice manquaient de peps et de couleur, la chimie a permis de découvrir de nouveaux produits, plus performants en la matière. Pour créer des effets calorifiques, lumineux, sonores, gazeux et même de la fumée ou une combinaison de tous ou certains de ces éléments. Le tout par auto-entretien de réactions.

La poudre noire à la base des feux d’artifice

Mais à la base des feux d'artifice, il reste toujours une réaction chimique, la combustion pyrotechnique de la poudre noire. Usuellement, on mélange des oxydants puissants (nitrate (NO₃^-), chlorate (CLO₃^-), perchlorate (ClO₄^-) - qui libèrent de l'oxygène - et des réducteurs (soufre et carbone en mélange avec des métaux de type silicium, bore, magnésium ou titane) - qui servent de combustible - pour avoir une réaction complète et rapide. Il est important que des produits de la réaction correspondent à des gaz afin d'obtenir une explosion. Le confinement est également un paramètre important qui permet d'accélérer la réaction par augmentation de la température et de la pression.

Ainsi si l'on prend du nitrate de potassium comme oxydant et du soufre et du carbone comme réducteurs, tout se passe selon la réaction suivante : 2 KNO₃ + 3 C + S => K₂S + 3 CO₂ + N₂.

Les gaz produits sont le dioxyde de carbone et le diazote.

Pour les « claques-doigts » c'est le fulminate d'argent qui est utilisé.

L'ajout de sels de chlorure de métaux, comme le chlorure de baryum (BaCl₂) pour donner une couleur verte ou le chlorure de calcium (CaCl₂) pour donner une couleur orange, permet d'apporter de la couleur aux feux d’artifice lorsque l'explosion les porte à haute température.