La lumière, source de couleur
AVEZ-VOUS déjà essayé de vous déplacer dans une pièce où il fait noir ? Avez-vous jamais tenté de vaquer à vos occupations quotidiennes les yeux fermés ? Si oui, vous conviendrez qu’il est effrayant d’être privé de la lumière et que c’est une réelle joie de la revoir. La parole inspirée de Dieu dit vrai quand elle affirme : “La lumière est douce, et il est agréable aux yeux de voir le soleil.” — Eccl. 11:7.
Le soleil est notre principale source de lumière. Chaque seconde, il transforme en énergie quatre millions de tonnes de sa matière. Cette énergie rayonne dans toutes les directions à une vitesse de quelque 300 000 kilomètres à la seconde. Quelle est la nature de ces émissions cependant ? Comment rendent-elles possible la vision ? Et surtout comment nous permettent-elles de percevoir une si grande variété de couleurs ?
Les émissions solaires
Le soleil émet de l’énergie électromagnétique, appelée aussi “radiation”. On considère souvent ces radiations comme un flot de corpuscules, mais on dit également qu’elles se propagent sous forme d’ondes. Commentant ces conceptions apparemment contradictoires, le professeur Walter Moore déclara : “On ne peut se faire une image unique de la lumière, et c’est là un des problèmes les plus déroutants de la philosophie naturelle.”
Tandis que toutes les radiations, y compris les rayons lumineux, se propagent depuis le soleil à la même vitesse, elles ne sont pas toutes identiques. Certaines d’entre elles ont une longueur d’onde si grande qu’il faut la mesurer en kilomètres. D’autres ont une longueur d’onde si courte qu’on la mesure en fraction d’un millionième de centimètre.
Les radiations aux longueurs d’onde les plus grandes comprennent les rayons thermiques et hertziens (radio), tandis que les rayons ultraviolets, les rayons X, les rayons gamma et les rayons cosmiques sont parmi les radiations à ondes courtes. Comme toutes ces radiations sont invisibles à l’œil humain, on les appelle souvent la lumière invisible. Cependant, entre les rayons thermiques et les rayons ultraviolets se trouve une étroite bande d’ondes visibles. Notre œil n’est donc sensible qu’à une gamme étroite dans un large spectre d’ondes allant des rayons cosmiques aux ondes hertziennes et électriques.
Les radiations qui atteignent la terre
Toutes les radiations émises par le soleil n’atteignent pas la terre, car l’atmosphère terrestre agit comme un écran. Celles qui parviennent jusqu’à notre planète sont essentiellement les ondes lumineuses visibles et une gamme restreinte de rayons invisibles. Il est heureux pour nous d’ailleurs que l’atmosphère empêche la plupart des radiations invisibles de nous atteindre, car elles nous seraient mortelles !
Par contre, nous devons être reconnaissants que notre planète soit inondée de lumière visible. Les plantes captent l’énergie des rayons lumineux et l’utilisent pour transformer le gaz carbonique et l’eau en une forme simple de sucre qui constitue la base de toute nourriture. Sans l’énergie de la lumière, les plantes ne pourraient vivre et aucune autre forme de vie ne serait possible sur la terre.
Les longueurs d’onde qui correspondent aux couleurs
Cependant, la lumière nous donne davantage encore : des couleurs d’une beauté admirable. Comme nous l’avons déjà dit, la gamme de radiations visibles qui constituent la lumière et qui produisent les nombreuses couleurs, est très étroite, la longueur des ondes allant de 0,00 007 centimètre, celle de la lumière rouge, jusqu’à 0,00 004 centimètre, celle de la lumière violette.
Ces ondes se propagent à la vitesse de la lumière et frappent l’œil à la cadence de 375 à 750 billions à la seconde. Notre appareil visuel traduit ces vibrations en lumière, la couleur étant déterminée par la fréquence des vibrations.
Les nombreuses couleurs de la lumière
Il vous semble peut-être étrange de concevoir la lumière comme étant composée de différentes couleurs. En effet, elle nous paraît blanche parce que toutes les longueurs d’onde se propagent ensemble. Si nous parvenons à séparer les diverses longueurs d’onde cependant, nous en distinguons les différentes couleurs.
Pour le constater, exposez un disque microsillon de longue durée à la clarté en le tenant horizontalement à la hauteur de l’œil, et regardez sa surface finement striée. Celle-ci réfractera la lumière en la décomposant dans ses diverses couleurs. Vous avez sûrement remarqué aussi que lors d’une averse les gouttelettes d’eau séparent la lumière dans ses couleurs fondamentales — violet, bleu, vert, jaune, orange et rouge — de manière à produire un bel arc-en-ciel.
Cela ne veut pas dire que la lumière se décompose uniquement dans ces quelques couleurs. Elle se sépare en réalité en des dizaines de milliers de longueurs d’onde dont chacune représente un ton ou une nuance des couleurs fondamentales, mais l’œil est incapable de distinguer les nuances dont les longueurs d’onde sont trop rapprochées.
Les études ont révélé que l’œil humain peut distinguer environ 128 nuances de la lumière visible. Pour qu’il puisse en distinguer autant toutefois, on doit projeter sur un écran une longueur d’onde, et avant de l’enlever, en projeter à côté d’elle une autre légèrement différente. Ce n’est qu’en comparant les deux et en répétant l’opération autant de fois qu’il est nécessaire, que l’œil arrive à percevoir plus de cent couleurs.
La source de toute couleur
Détachez vos yeux un instant de la page imprimée et regardez attentivement un des objets qui vous entourent — une bibliothèque peut-être, un bureau ou même le plancher. La grande diversité de couleurs que vous voyez n’est-elle pas étonnante ? Mais d’où vient-elle ?
En réalité la couleur n’existe pas dans la bibliothèque, le bureau ou le plancher, bien que nous ayons l’habitude de dire que ces objets sont d’une certaine couleur. Aussi étrange que cela paraisse, nous ne vivons pas dans un monde d’objets colorés ; c’est la lumière qui les frappe qui produit les diverses teintes que notre œil perçoit. La lumière est la seule source de couleur. Sans elle, il n’existe pas la moindre nuance.
La perception de la lumière
Comment percevons-nous cependant la lumière avec ses innombrables couleurs de longueurs d’onde différentes ?
On ne peut voir la lumière qui se propage dans l’espace, pas plus qu’on ne peut voir les ondes radio et d’autres radiations. Si la lumière devient visible à nos yeux, c’est à cause des substances matérielles qu’elle frappe.
Si nous nous trouvions dans une pièce exempte de particules de poussière et d’air, nous serions incapables de voir le faisceau lumineux d’une lampe de poche. Un rayon de lumière dans le vide est invisible. C’est pourquoi les astronautes qui regardent par le hublot de leur cabine spatiale peuvent voir le soleil brillant dans le ciel, mais la voûte céleste leur paraît complètement noire. Or, le noir est l’absence de lumière ou de couleur. Le soleil n’éclaire pas le ciel dans l’espace, car celui-ci ne contient aucune substance que la lumière puisse frapper. Nous ne percevons la lumière que lorsqu’elle frappe un objet qui reflète ses ondes.
Pourquoi donc un objet paraît-il être d’une certaine couleur ? Pourquoi la plupart des plantes et des arbres sont-ils verts et le ciel est-il généralement bleu ? Pourquoi le ciel devient-il orange ou rouge lorsque le soleil descend vers l’horizon le soir ?
Les couleurs du ciel
Notre ciel est rempli d’air ainsi que de minuscules particules de vapeur et de poussière. Nous avons déjà dit que l’atmosphère nous protège contre les radiations mortelles. Elle fait fonction de gigantesque miroir, renvoyant la plupart de ces radiations dans l’espace. La lumière, elle, pénètre dans l’atmosphère, mais les innombrables particules de l’air dispersent ses ondes. La grosseur de ces particules est telle que les ondes les plus courtes (les bleues) sont dispersées et réfléchies plus que les autres. C’est pourquoi le ciel est bleu.
Tout change cependant lorsque le soleil est près de l’horizon. Quand les rayons solaires brillant à travers l’atmosphère chargée de particules de poussière sont plus obliques, ce sont surtout les ondes plus longues qui sont dispersées, aussi le ciel revêt-il des teintes flamboyantes, orange et rouges. En 1883, par suite d’une éruption violente du volcan de Krakatoa, l’atmosphère terrestre était chargée de beaucoup plus de particules de poussière que d’ordinaire, ce qui donna lieu dans le monde entier à de nombreux levers et couchers de soleil d’une beauté remarquable.
La production de la plupart des couleurs
Cependant, la dispersion de certaines ondes lumineuses n’est pas la principale façon dont la couleur est produite. La couleur de la plupart des objets est due au fait qu’ils absorbent certaines ondes lumineuses et en reflètent d’autres.
Si la plupart des plantes sont vertes, par exemple, c’est en raison de la disposition particulière des molécules de pigment dans la chlorophylle. Lorsque la lumière du soleil frappe la chlorophylle, celle-ci absorbe la plupart des rayons à ondes courtes, violets et bleus, ainsi que les rayons rouges à ondes longues. Les plantes se servent de ces rayons pour élaborer des éléments nutritifs. Les rayons verts surtout sont renvoyés et c’est pour cette raison que la végétation nous paraît verte.
Il en va de même des objets colorés par l’homme au moyen de la peinture, de la teinture ou de l’encre. Les molécules des pigments absorbent certaines ondes lumineuses. On pourrait dire qu’ils “soustraient” une partie de l’étroite bande de lumière, puis qu’ils renvoient les ondes non absorbées ou soustraites. Par conséquent, c’est la combinaison des ondes renvoyées — le mélange de couleurs non absorbées — qui donne aux objets les couleurs que nous voyons.
Une robe rouge est donc rouge parce que la teinture absorbe les ondes d’autres longueurs et reflète la lumière rouge. L’asphalte est noir parce que les molécules de son pigment absorbent les ondes lumineuses de toutes les longueurs et en reflètent très peu. Par contre, l’objet qui nous paraît blanc reflète de façon uniforme toutes les couleurs de la lumière qui, ensemble, forment le blanc.
En réalité, les pigments renvoient au moins quelques ondes lumineuses correspondant à toutes les couleurs. Théoriquement, si deux pigments ne reflétaient que les ondes d’une seule longueur, mélangés ils donneraient uniquement le noir. Lorsqu’on mélange de la peinture bleue et de la peinture jaune cependant, on obtient une peinture verte. La raison en est que la peinture bleue et la peinture jaune reflètent toutes deux la lumière verte. Lorsque les deux peintures sont mélangées, le pigment jaune absorbe la lumière bleue et le pigment bleu absorbe la lumière jaune. Il reste la lumière verte, reflétée par les deux peintures et qui donne la peinture verte.
La variété de combinaisons d’ondes lumineuses renvoyées par les objets qui nous entourent, défie l’imagination. Comme aucune onde lumineuse, quelle qu’en soit la longueur, n’est absorbée complètement, nous voyons autour de nous une débauche de couleurs. On estime qu’il en existe environ dix millions.
Un autre facteur qui détermine la couleur d’un objet est la nature de la lumière qui l’éclaire. Dans le spectre solaire, l’énergie est répartie de façon constante, mais il n’en va pas de même de la lumière artificielle. Dans les lampes fluorescentes utilisées souvent pour éclairer les magasins, la lumière bleue prédomine. Par contre, dans les lampes à incandescence, la lumière bleue est moins intense ; c’est pourquoi la lumière qu’elles émettent est plutôt jaune. On a intérêt à en tenir compte quand on fait des achats.
Si, par exemple, vous achetez une robe rouge dans un magasin éclairé aux lampes fluorescentes, la robe vous paraîtra probablement d’un rouge beaucoup plus intense à la lumière du jour. En effet, l’intensité des radiations rouges étant plus faible dans la lumière fluorescente, elles sont reflétées par la robe dans un degré beaucoup moindre. Dans un magasin éclairé aux lampes à incandescence, vous pensez peut-être acheter un complet noir, mais vous constatez qu’à la lumière du jour il est bleu. Les lampes n’émettaient guère de radiations bleues et le tissu absorbait toutes les autres ondes lumineuses. C’est pourquoi le complet paraissait noir.
Des couleurs par un autre moyen encore
Il existe un autre moyen encore par lequel les couleurs peuvent être produites : la structure de la surface de certains objets. Certaines des plus belles teintes des animaux et des insectes sont dues à la séparation de la lumière dans les ondes qui la composent grâce à la configuration de la surface de leur corps.
Prenons l’exemple d’un papillon dont les ailes sont d’un bleu métallique lorsqu’on les regarde d’au-dessus, mais qui paraissent pourpres quand elles sont vues de côté. C’est la diffraction de la lumière par la surface finement striée de l’aile qui explique cette différence de couleur. Cela peut être démontré si on prend de la cire très molle et qu’on l’applique sur la surface de l’aile. La cire acquiert la couleur du papillon. Si on aplanit la surface de la cire, la couleur disparaît.
En vérité, la lumière nous apporte de nombreux bienfaits. La vie elle-même dépend des radiations solaires qui inondent notre planète. Mais quel merveilleux don supplémentaire que les couleurs, infiniment variées, de la lumière ! Pour tous ces bienfaits, remercions notre grand Créateur, oui, remercions “Jéhovah, qui donne le soleil pour éclairer”. — Jér. 31:35, Crampon 1905.