La «bordélisation» de la lumière

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «J’ai vu des savons à vaisselle verts, des savons en barre oranges, des savons à main roses, et d’autres de toutes les couleurs, et pourtant leur mousse est toujours blanche. Pourquoi le savon mousse-t-il toujours blanc peu importe sa couleur ?», demande Origène D’Amours, de Magog.

Il y a essentiellement deux choses à savoir pour le comprendre, répond d’emblée le chimiste de l’Université Laval Normand Voyer. La première, commence-t-il, c’est que «quand on parle des colorants, les gens pensent souvent qu’il y en a beaucoup parce que la couleur, c’est ce qu’on voit en premier. Mais en réalité, le colorant ne représente que quelque chose comme 0,001% du total. C’est vraiment une infime partie du produit, pas besoin d’en mettre plus. Alors quand bien même que le savon serait fluo, il n’y a presque pas de colorant dedans. Et en plus, ça prend juste un peu de savon pour faire beaucoup de mousse parce que la mousse, c’est principalement de l’air [ce qui «dilue» le colorant encore plus que le 0,001% de départ, ndlr]. Alors c’est un peu normal qu’on ne puisse pas voir une bulle orange ou verte !»

Bref, quand on regarde une bulle (et une seule), on la voit transparente. Mais alors, la question devient : pourquoi la mousse est blanche, elle ? Si les bulles sont toutes transparentes, comment leur «somme» peut-elle être blanche ? La deuxième chose à savoir dont parle M. Voyer est justement là mais, avant d’y arriver, il faut faire un petit détour...

La lumière, ce sont des ondes électromagnétiques, c’est-à-dire de l’énergie électrique et magnétique qui se propage dans l’espace un peu à la manière des vagues sur l’eau — avec des «crêtes» et des «creux» qui sont séparés par une certaine distance nommée longueur d’onde. L’œil humain est capable de percevoir des longueurs d’onde située entre environ 380 et 740 nanomètres (nm). Autour de 700 nm, nous voyons du rouge ; aux environs de 600 nm, c’est plutôt du orange que nous voyons ; si la distance entre les «vagues» diminue encore un peu (entre 550 et 590 nm environ), alors nos yeux perçoivent du jaune; et ainsi de suite jusqu’aux plus courtes longueurs d’onde perceptibles par l’humain, soit le violet (entre 380 et 450 nm).

La lumière que nous recevons du Soleil (et de la plupart des ampoules électriques «normales») est un mélange de toutes ces longueurs d’onde. Or nos yeux perçoivent ces mélanges comme du blanc, et la clef de l’énigme de la mousse blanche, comme on s’en doute, elle est précisément là.

Si l’on regardait la paroi d’une bulle de savon au microscope, on se rendrait compte qu’elle est composée de deux minces couches de savon qui retiennent une fine couche d’eau entre elles. Quand la lumière passe à travers la paroi d’une bulle, une partie est réfléchie, mais une autre (grosse) partie traverse la paroi et s’en trouve déviée et ce, à des angles qui vont varier légèrement selon la longueur d’onde — ce qui va séparer les couleurs.

Maintenant, imaginez un peu ce qui arrive dans une mousse comptant des centaines, voire des milliers de petites bulles. En un mot comme en cent, si l’on me permet un terme pas-très-technique : c’est le bordel.

«La lumière est réfléchie et dispersée dans toutes les directions possibles, dit M. Voyer. Si bien qu’en bout de ligne, si le bleu est réfléchi partout, si la même chose arrive au rouge et à toutes les autres couleurs, cela donne un mélange et ça, ça fait du blanc.»

Fait intéressant, enchaîne-t-il, c’est la même chose qui arrive dans les nuages : la lumière est «éparpillée» dans toutes les directions en traversant les gouttelettes d’eau, toutes les longueurs d’onde s’en trouvent «remélangées», et le résultat est que les nuages sont blancs.

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«Pourriez-vous expliquer si la décennie s’est terminée en 2019 ou si elle va vraiment finir en 2020 ? Il me semble qu’une décennie, ce sont les années 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10. Donc, la deuxième décennie du troisième millénaire devrait finir en 2020, et non en 2019. Ce qui serait logique puisque l’an zéro n’existe pas : à un moment donné, on était au jour 1 de l’an 1. Corrigez-moi si je me trompe», demande Marie-Claude Boivin, de Québec.

Il n’y a effectivement jamais eu d’an zéro puisque l’habitude de compter les années à partir de la naissance du Christ remonte au 8e siècle et qu’en ce temps-là, le zéro n’avait tout simplement pas été inventé. Ni la numération romaine, ni son équivalent grec n’avaient de chiffre pour le zéro. À l’époque, d’ailleurs, l’idée d’avoir un symbole pour désigner le vide était vue comme un peu bizarre : les nombres étaient faits pour compter les choses alors s’il n’y avait rien à compter, à quoi bon adopter un signe ? On a bien trouvé certaines «formes» de zéro dans des documents antiques — les uns laissaient un espace vide, d’autres comme les Babyloniens mettaient une sorte de «symbole bouche-trou», voir ici : http://bit.ly/36Ls956 —, mais il faudra attendre que le mathématicien italien Fibonacci introduise les chiffres indo-arabes en Europe (autour de l’an 1200) pour que le zéro tel qu’on le conçoit aujourd’hui apparaisse en Occident.

Les années de l’«ère chrétienne» ont donc commencé par «1» et, de ce point de vue, Mme Boivin a entièrement raison : techniquement, il n’y a pas de décennie qui s’est terminée ou a commencé le 1er janvier dernier, la prochaine décennie ne débutera vraiment qu’en 2021. C’est d’ailleurs la position du Conseil national de la recherche : «le 3e millénaire et le 21e siècle ont commencé au même moment, à 00h00 le 1er janvier 2001», lit-on sur son site [http://bit.ly/2tJC4cO].

Sauf que les temps ont bien changé depuis que le moine Bède le Vénérable (672-735) a popularisé l'habitude de compter les années à partir de la naissance du Christ, qui était l'«an 1». L’usage du zéro est si universel et acquis chez nous que, culturellement, il nous semble beaucoup plus naturel de commencer les décennies avec un «chiffre rond», comme on dit. De ce point de vue, il n’y a pas grand-sens à rester prisonnier d’une erreur mathématique commise au Moyen-Âge, alors il est aussi défendable de considérer que les années 2020 ont commencé le 1er janvier dernier. Je ne crois pas qu’il ait vraiment de bonne ou de mauvaise réponse à cette question-là.

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Précision : une version antérieure de ce texte a été modifiée parce qu'elle indiquait que Bède le Vénérable est celui qui a calculé l'année de naissance du Christ, ce qui est inexact — en fait, il a «popularisé» cette habitude mais n'a pas fait lui-même les calculs. Mes excuses.