Questce qui provoque lirisation  ?

Quest ce qui provoque lirisation?

Comprendre quest ce qui provoque lirisation permet dexplorer les fascinants mécanismes de loptique ondulatoire et de la physique lumineuse. Ce phénomène naturel transforme la perception des surfaces en créant des reflets colorés uniques que lon observe sur divers objets du quotidien.

Qu'est ce qui provoque l'irisation: Explication physique simple

Lirisation peut sexpliquer par plusieurs mecanismes physiques distincts selon lelement observe. De maniere generale, lirisation (ou iridescence) est provoquee par interférence et diffraction de la lumière lorsque elle frappe de minuscules structures, des couches tres minces ou des gouttelettes deau. Ces ondes lumineuses se separent et se superposent pour creer des reflets chatoyants semblables a ceux dun arc-en-ciel, qui changent continuellement selon langle dobservation.

Ce phenomene visuel spectaculaire se produit quand la lumiere naturelle frappe une surface mesurant entre 400 et 700 nanometres depaisseur. La lumiere se reflechit a la fois sur la face superieure et sur la face inferieure de cette mince pellicule. Les deux rayons reflechis se chevauchent alors. Selon leur decalage, certaines couleurs du spectre lumineux se renforcent tandis que dautres sannulent completement. Mais il existe un detail physique meconnu qui explique pourquoi langle dobservation change tout - je lexplique en detail un peu plus bas.

Pour etre tout a fait honnete, jai longtemps cru que la couleur des bulles de savon provenait dun produit chimique ajoute dans le savon. Cest une idee recue tres repandue. En réalité, il ny a aucun pigment artificiel. La physique des ondes explique a elle seule cette feerie de couleurs.

Les trois causes physiques principales de l'iridescence

Soyons honnetes: la physique de la lumiere parait souvent indigeste au premier abord. Pourtant, les trois mecanismes de lirisation reposent sur des principes simples.

1. Interférence lumineuse dans les couches très minces

Linterference par couche mince est le cas le plus frequent dans notre quotidien. On lobserve sur les bulles de savon ou les pellicules dessence et dhuile a la surface de leau. Une partie de la lumiere rebondit directement sur la surface externe. Une autre partie entre dans la pellicule et rebondit sur la surface interne.

En ressortant, les deux ondes lumineuses se superposent. Si les crêtes des ondes tombent parfaitement ensemble, la couleur sintensifie. Cest linterference constructive. Une variation depaisseur de seulement 100 nanometres suffit a faire passer le reflet du jaune au bleu vibrant. Cest impressionnant.

2. Diffraction de la lumière par de minuscules obstacles

La diffraction intervient lorsque la lumiere rencontre un obstacle ou une ouverture de taille similaire a sa propre longueur donde. Les rayons lumineux se courbent et se dispersent. Ce phenomene se produit notamment dans latmosphere avec les nuages irises.

Lorsque le Soleil brille a travers des nuages formés de micro-gouttelettes deau ou de cristaux de glace uniformes (mesurant environ 10 a 20 micrometres), la lumiere est deviee sous des angles tres precis. Le nuage se pare alors de bandes rose pastel et vert emeraude.

3. Microstructures naturelles et couleurs structurelles

Dans le monde vivant, lirisation prend une dimension fascinante chez les animaux et les mineraux. Leplumage du paon, la nacre des coquillages ou les ailes du papillon Morpho ne contiennent aucun pigment bleu ou violet.

Leur surface est couverte de micro-ecailles ou de reseaux microscopiques motives. Ces motifs physiques piegent certaines longueurs donde et en renvoient dautres. La structure est tout. Si vous ecrasez laile dun papillon Morpho, la microstructure est detruite et la couleur bleue disparait instantanement pour laisser place a une poussiere grise sans eclat.

Pourquoi les objets irisés changent de couleur selon l'angle de vision?

Cest lune des questions les plus frequentes: pourquoi la couleur bouge-t-elle quand on se deplace? La reponse reside dans le trajet parcouru par la lumiere.

Voici lexplication promise plus haut: lorsque vous observez une surface irisee de face, la lumiere traverse la couche mince par le chemin le plus court. Mais si vous inclinez lobjet de 15 a 30 degres - ou si vous vous deplacez - la lumiere doit traverser la pellicule en diagonale. Le trajet optique devient plus long.

En rallongeant ce parcours, les conditions dinterference changent. La longueur donde qui samplifiait (par exemple le rouge) ne saligne plus. Cest désormais le vert ou le bleu qui se retrouve renforce. Un simple changement dinclinaison suffit a faire defiler tout le spectre visible.

Ne plus confondre: Irisation, arc-en-ciel et pigments chimiques

Il est tres facile de tout confondre. On entend souvent dire quun nuage irise est un arc-en-ciel, ou que la nacre est peinte par la nature. Rien a voir.

Un arc-en-ciel classique provient uniquement de la refraction de la lumiere dans de grosses gouttes de pluie. Lirisation, elle, resulte de la superposition ou de la deviation de la lumiere par des objets microscopiques. De plus, la peinture classique absorbe la lumiere avec des pigments chimiques. Lirisation façonne la lumiere uniquement grace a la geometrie de la matiere.

Comparaison des mecanismes de coloration dans la nature

Pour mieux comprendre pourquoi la lumiere reagit differemment selon les objets, voici un comparatif clair des trois grands mecanismes de couleur.

Irisation (Couleurs structurelles)

- Inalterable tant que la structure physique d'origine reste intacte

- Interference ou diffraction de la lumiere sur des microstructures de 100 a 700 nanometres

- Bulles de savon, ailes du papillon Morpho, nacre, pellicules d'huile

- La couleur varie constamment selon l'angle de vision de l'observateur

Coloration pigmentaire (Peinture et pigments)

- Sensible aux rayons ultraviolets et sujet au ternissement chimique

- Absorption selective de certaines couleurs par des molecules chimiques

- Peinture automobile, encres d'imprimerie, chlorophylle des plantes

- La couleur reste identique quel que soit l'angle sous lequel on regarde

Arc-en-ciel classique (Refraction atmospherique)

- Ephemere, dependant directement de la presence simultanee de pluie et de soleil

- Refraction et reflexion interne dans des gouttes d'eau plus grandes (0,1 a 2 millimetres)

- Arc-en-ciel apres l'orage, brume d'une cascade d'eau ensoleillee

- Nécessite un angle fixe de 42 degres par rapport au Soleil et a l'observateur

Observation de nuages irises dans les Alpes francaises

Julien, un photographe amateur de 34 ans basé a Annecy, a remarque d'etranges voiles pastel autour du Soleil lors d'une randonnee hivernale. Penseant d'abord a un probleme de condensation sur la lentille de son appareil photo, il a essaye d'essuyer son objectif sans aucun resultat.

En tentant de prendre une photo avec un filtre polarisant classique, la couleur s'est figea et est devenue terne. Julien pensait que les nuages etaient simplement mal eclaires et a failli abandonner sa seance photo.

C'est en se renseignant aupres d'un meteorologue local qu'il a compris son erreur. Les altocumulus presents ce jour-la contenaient des micro-gouttelettes d'eau glacee d'une taille uniforme de moins de 15 micrometres. La lumiere du Soleil subissait une diffraction parfaite.

Muni de ces nouvelles connaissances, Julien est retourne sur le terrain la semaine suivante. En retirant son filtre et en fermant le diaphragme a f/11 pour eviter l'eblouissement, il a immortalise des nuages irises aux nuances roses et vertes d'une nettete remarquable.