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Novembre 2011 - Fluorescence vs Phosphorescence

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Écrit par Administrator
Samedi, 22 Octobre 2011 14:12

Encore aujourd’hui, au XXIe siècle, en ressuage et magnétoscopie en particulier, dans l’esprit de beaucoup d’ingénieurs, de formateurs, etc., la distinction suivante est faite entre la fluorescence et la phosphorescence :

• La fluorescence est une émission de lumière qui disparaît lorsque cesse l’excitation.
• La phosphorescence est une émission de lumière qui persiste un certain temps après l’arrêt de l’excitation.

Nous avons eu le privilège d’entrer en relation avec Bernard VALEUR, physicochimiste, professeur émérite du Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM) de Paris.
Bernard VALEUR est un spécialiste hautement réputé dans le domaine de la fluorescence moléculaire, et qui est connu à travers le monde par un certain nombre de ses livres traitant de ce sujet (1) (2) (3).

Or, comme l’a précisé Bernard VALEUR, "cette distinction reposait sur une base expérimentale du XIXe siècle !"

En effet, "Nous savons maintenant que dans les deux cas, l’émission dure plus longtemps que l’excitation ; une distinction fondée seulement sur la durée de l’émission n’est donc pas valide car il existe des espèces fluorescentes dont la durée de vie est longue et de l’ordre de grandeur des durées de vie de composés dont la phosphorescence est de courte durée (quelques dixièmes de microseconde à quelques microsecondes). C’est Francis PERRIN (4) qui présenta la première distinction théorique entre fluorescence et phosphorescence : dans le cas de la phosphorescence, les molécules excitées passent par un état intermédiaire avant d’émettre des photons, contrairement à ce qui se produit dans une émission de fluorescence".

Nous avons posé les questions suivantes à Bernard VALEUR :

Première question

En ressuage fluorescent et magnétoscopie fluorescente, nous ne voyons pas comment l’émission pourrait durer plus longtemps que l’excitation.
Si nous excitons la fluorescence du pénétrant fluorescent ou du produit indicateur fluorescent en magnétoscopie, pendant 5 minutes par exemple, et que nous éteignons ensuite la source UV-A, immédiatement nous ne voyons plus la fluorescence. Donc, l’émission ne dure pas plus longtemps que l’excitation.
Il semblerait donc que les colorants fluorescents et azurants optiques utilisés en ressuage et que le pigment fluorescent utilisé en magnétoscopie, échappent à cette règle.

Réponse de Bernard VALEUR

Le terme "immédiatement" s'applique à votre perception visuelle. La résolution temporelle de votre œil est très insuffisante pour voir le déclin de fluorescence une fois que cesse l'illumination puisqu'il se produit en des temps qui vont de quelques dizaines de picosecondes à quelques centaines de nanosecondes selon les composés (1,2). Physiquement, il est justifié de dire que l'émission dure plus longtemps que l'excitation, même si notre œil ne permet pas de voir le déclin. Les appareils, eux, peuvent le mesurer à l'échelle de la nanoseconde, et même de la picoseconde.

Deuxième question
Dans un cours de niveau 3 Ressuage, il est écrit :
"La fluorescence est un cas particulier de la photoluminescence.
La luminescence est la propriété que manifestent certaines substances qui émettent un rayonnement électromagnétique lorsqu'elles sont excitées par un apport initial d'énergie. Cette excitation peut être : une irradiation par des photons (X, γ, UV), on parle de photoluminescence (écrans de radioscopies), ou un bombardement par des particules (α, β), c'est la radio luminescence.
Lorsque la photoluminescence se produit immédiatement après l'excitation (t = 10-8s) et cesse avec elle, on parle de fluorescence.
La phosphorescence est un phénomène qui ne cesse pas avec l'excitation ; l'émission se produit avec un retard qui peut aller de quelques dixièmes de seconde à plusieurs jours. La phosphorescence dépend de la température : le retard diminue quand la température s'élève. La phosphorescence est souvent liée à des réactions chimiques et biologiques (vers luisants...)''.

Réponse de Bernard VALEUR
Ce texte sur la fluorescence et la phosphorescence comporte beaucoup d'inexactitudes, outre le fait que la fluorescence ne cesse pas avec l'excitation.

• Il existe des composés phosphorescents dont la durée de vie est de l'ordre de la microseconde, donc bien plus courte que quelques dixièmes de seconde. D’autre part, les composés inorganiques dont la phosphorescence perdure plusieurs heures sont assez courants, alors que les phosphorescences persistant plusieurs jours sont, à mon avis, très exceptionnelles.

• Il n'y a pas que la phosphorescence qui dépende de la température. La fluorescence des composés organiques en solution également. Certains utilisent le critère de dépendance en température pour distinguer fluorescence et phosphorescence, ce qui n'est valable que pour les composés inorganiques pour lesquels une élévation de température libère les électrons piégés.

• La phosphorescence n'est en aucun cas liée à des réactions chimiques et biochimiques. Lorsque la luminescence se produit au cours d'une réaction chimique, on parle de chimiluminescence. Pour une réaction biochimique, il s'agit de bioluminescence. En particulier, les vers luisants ne sont pas phosphorescents mais bioluminescents.

Note insérée en février 2012

Après avoir lu les ouvrages cités en référence (1) (2), nous avons rédigé un article, intitulé Les colorants et les pénétrants fluorescents. L'auteur de ces ouvrages, Bernard VALEUR, a eu l’amabilité de nous apporter les compléments d’information et les explications nécessaires à la compréhension des phénomènes mis en jeu. Il a également procédé à la relecture critique de notre manuscrit.

Bernard VALEUR a souligné que nous avions utilisé, à plusieurs reprises, le terme "l’excitation de la fluorescence des colorants". Et il n’est pas d’accord !

Son explication est très claire... et si simple: "les colorants sont excités, et leur fluorescence est le résultat de cette excitation. Un phénomène ne peut pas être excité!''

Nous pensons qu'il est utile de vous apporter cette information parce que nous ne sommes pas seuls, surtout en ressuage et magnétoscopie, à commettre cette erreur qui figure dans bon nombre de cours de formation et de documents.

Par exemple, dans l'édition 2010 du code ASME (Boiler and Pressure Vessel code) (5), le paragraphe T-777.3 est intitulé : "Fluorescent Magnetic Particles with Other Fluorescent Excitation Wavelengths" (ndlr : "Magnétoscopie Fluorescente avec d’Autres Longueurs d’Onde d’excitation de la Fluorescence").

Références


(1) Bernard VALEUR, Mário Nuno BERBERAN-SANTOS, Molecular fluorescence, Principles and Applications, 2nd Edition, April 2012, ISBN-10: 3-527-32837-8, ISBN-13: 978-3-527-32837-6, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Boschstraße 12, D-69469 Weinheim (Allemagne) : Sur ce site Internet.

(2) Bernard VALEUR (2004), Invitation à la Fluorescence Moléculaire, ISBN 2-8041-4597-2, © De Boeck & Larcier s.a., 2004, éditions De Boeck Université, rue des Minimes 39,B-1000 Bruxelles (Belgique).

(3) Bernard VALEUR (2005), Lumière et luminescence. Ces phénomènes lumineux qui nous entourent, ISBN 978-2-7011-3603-5, Collection Bibliothèque scientifique, Éditions Belin, 8 rue Férou, F-75006 Paris (France).

(4) Francis PERRIN (1926, 1929), La fluorescence des solutions. Polarisation. Vie moyenne des molécules dans l'état excité. (Journal de Physique, 1926, vol. 7, pp. 390-401, et thèse, Annales de Physique, 1929, vol. 12, pp. 169-275).

(5) ASME ASME's Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), West Caldwell, New Jersey, États-Unis d’Amérique, 2010 Edition.

Mis à jour ( Dimanche, 10 Juin 2012 14:20 )