Capter la chaleur de la lumière à la fête de la science d’Elbeuf

Du 8 au 11 octobre, l’Agence Locale de l’Energie et du Climat de l’Eure a proposé aux élèves et au grand public de tester et comprendre comment capter la chaleur contenue dans la lumière solaire. Graver son nom à la loupe, faire brûler du bois : tout cela est possible grâce au concentrateur solaire ou à de simples loupes.concentrateur cône lumière 6

 

Concentrer la lumière permet de faire brûler du bois

Il est nécessaire de disposer d’un miroir ou d’un verre concave afin de concentrer la lumière : c’est le principe de la parabole. Avec un miroir ou du verre droit, les rayons ne sont pas concentrés en un seul point (dénommé le point focal), mais reflétés uniformément. Or c’est la concentration de la lumière en un point focal qui nous permet d’augmenter la température et de pouvoir brûler du bois. Le point focal et le cône de lumière sont particulièrement visibles dans la photo ci-contre grâce à la fumée dégagée par la combustion.

Dans le cas du concentrateur, il est évidemment dangereux de se positionner en lieu et place du bois sur le point focal car la combustion est instantanée.

Les enfants et les plus grands ont été invités à reproduire la concentration solaire à l’aide de loupes. En effet, l’effet grossissant est obtenu par la forme concave et convexe du verre, ce qui permet de brûler le bois. La dangerosité est moindre car la surface de lumière concentrée est moins importante et la combustion n’est donc pas instantanée. Les personnes sont reparties avec leurs noms pyrogravés sur de petits échantillons de bois.

 

Les couleurs ne chauffent pas toutes de la même façon

Mais pourquoi la lumière dégage de la chaleur ? La lumière est une onde électromagnétique composée de photons. Ces photons frappent les surfaces qu’ils rencontrent et sont parfois absorbés et parfois rejetés par les matières mais aussi par les couleurs. Quand les photons sont absorbés, ils augmentent la température de la matière ou de la couleur qui vient de les absorber.

En effet, en peinture, certaines couleurs sont appelées ‘chaudes’ tandis que d’autres sont appelées ‘froides’. Cela est lié à leur capacité plus ou moins grande à absorber les photons lumineux et donc à s’échauffer plus ou moins rapidement.

Afin de mettre ce constat en expériences, l’animatrice scientifique de l’ALEC 27 a disposé 5 canettes en aluminium peintes de différentes couleurs et remplies de la même quantité d’eau. Dans ces canettes, elle a placé des thermomètres à sonde. Ces derniers ont montré qu’en une heure, une différence allant jusqu’à 2 °C pouvait être constaté entre la couleur noire et la couleur blanche.

Cela s’explique parce que le noir est composé de plusieurs couleurs en peinture. Les photons sont donc absorbés par toutes les couleurs dont il est composé tandis que le blanc reflète la totalité des couleurs et donc une grande partie des photons.

C’est pour cela que nous mettons plutôt des couleurs sombres en hiver et claires en été : nous absorbons ou nous reflétons ainsi différemment la chaleur de la lumière !

élèves et parents de dos R

Questions et commentaires à adresser à ebdd[a]alec27.fr

Crédits photographiques : ALEC 27.
19 octobre 2015
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