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que les autres. On pourrait peut-être soutenir cette idée, ajoute-t-il, mais non de la manière que l'entend de Saussure, car ce dernier dit expressément que « tandis que l'air réfléchit les rayons bleus, il est incolore par transmission ». Jackson voit là une contradiction et le démontre en s'appuyant sur un mémoire antérieur, dans lequel il avait cherché à expliquer pourquoi la plupart des corps avaient la même couleur par transparence que par réflexion. Nous ne le suivrons pas dans sa démonstration, parce que notre but, quelque peu différent du sien, est d'appeler l'attention sur ce qu'un faisceau de lumière
sien, est d'appeler l'attention sur ce qu'un faisceau de lumière solaire ayant traversé une atmosphère incolore, mais chargée de poussières, devra s'être teint en jaune si l'action de ces poussières se borne à une réflexion des radiations bleues. Plus sera grande l'épaisseur traversée, plus le faisceau aura perdu de rayons bleus réfléchis, moins par conséquent il en conservera. Les rayons autres que les bleus y seront donc de plus en plus prédominants et le faisceau prendra de plus en plus la teinte jaune, complémentaire du bleu. L'importance de cette remarque vient de ce que nous allons dans la suite considérer
vient de ce que nous allons dans la suite considérer l'atmosphère comme un milieu ainsi constitué. Or, nous sommes plongés dans ce milieu ; le soleil est en dehors. Qu'ils nous arrivent directement ou après s'être réfléchis sur les poussières, les rayons solaires ont dû traverser la masse d'air atmosphérique, et par conséquent ont dû se teindre d'autant plus en jaune que l'épaisseur d'air traversée aura été plus grande. Dès lors si l'épaisseur de l'atmosphère était énorme, si grande que les faisceaux du soleil ne pussent venir jusqu'aux poussières avoisinant la terre qu'après avoir à peu près complètement perdu tous
la terre qu'après avoir à peu près complètement perdu tous leurs rayons bleus, il est certain que ces poussières ne pourront pas réfléchir de bleu. Une atmosphère très épaisse serait donc la négation du ciel bleu. Mais qu'au contraire l'atmosphère soit peu épaisse, si peu qu'elle n'absorbe des divers rayons colorés, et en particulier des rayons bleus, qu'une proportion négligeable, alors les particules en suspension dans l'air, recevant des quantités égales des divers rayons colorés, réfléchiront surtout les bleus, conformément à leur aptitude particulière. On expliquera, sans difficulté, pourquoi le ciel est bleu. La condition expresse pour que cette explication
ciel est bleu. La condition expresse pour que cette explication soit valable, est donc que l'épaisseur de l'atmosphère ne soit pas trop grande, condition que nous supposerons remplie dans tout ce qui suit. Bien entendu, l'explication n'en sera que plus facile, si, l'air privé de poussières, au lieu d'être comme il est, de fait, incolore, possédait par lui-même une légère transparence bleue. III Un Mémoire de Xavier de Maistre C'est en novembre 1832, par conséquent quelques mois après la publication de Jackson, que Xavier de Maistre aborde à son tour le problème, dans un mémoire intitulé « Sur la couleur
le problème, dans un mémoire intitulé « Sur la couleur de l'air et des eaux profondes et sur quelques autres couleurs fugitives analogues ». En sa qualité de peintre, il devait en effet s'intéresser particulièrement à ces questions. Dans ce mémoire, il rapproche et décrit des faits bien connus, mais qui paraissent n'avoir aucune analogie entre eux, à peu près comme l'avait fait Gœthe ; mais, à la différence de ce dernier, il adopte la théorie chromatique de Newton. Il signale la teinte bleuâtre de la lumière réfléchie par l'eau de savon étendue, par l'infusion d'écorce de marronnier d'Inde, par
de savon étendue, par l'infusion d'écorce de marronnier d'Inde, par la gelée de colle de poisson d'Astrakan, par l'opale noble, par quelques cailloux siliceux d'une transparence laiteuse, par certains verres translucides que l'on fabrique, dit-il, en ajoutant de la poudre d'or calcinée à la pâte ordinaire du verre transparent incolore. Il appelle encore l'attention sur la teinte bleuâtre de la peinture blanche appliquée en couches trop minces sur un fond noir et s'arrête enfin à considérer d'une manière plus particulière le bleu du ciel, celui des eaux profondes, celui de la glace dans les crevasses profondes des glaciers et enfin
la glace dans les crevasses profondes des glaciers et enfin celui des lignes que dessinent les veines peu profondes à la surface des peaux fines. Un physicien moderne n'aurait rien à reprendre à ces rapprochements, exception faite toutefois pour l'observation relative à l'infusion d'écorce de marronnier d'Inde, déjà signalée par Gœthe. Il la rattacherait à un autre groupe de phénomènes, les phénomènes de fluorescence. Bien qu'ayant une apparence très trouble quand on les éclaire latéralement, les substances fluorescentes, en particulier l'infusion d'écorce de marronnier d'Inde, sont d'une transparence parfaite quand on les interpose entre l'œil et la source de lumière.
on les interpose entre l'œil et la source de lumière. Quant à la lumière qu'elles émettent, on ne peut la considérer comme étant de la lumière incidente simplement réfléchie. Sous l'influence de la lumière incidente, un corps fluorescent devient une sorte de source de lumière émettant ses radiations propres, sans relation directe de couleur avec les couleurs des radiations incidentes excitatrices. Tous ceux qui ont observé une infusion aqueuse d'écorce de marronnier d'Inde n'ont d'ailleurs pas manqué d'être frappés de l'analogie remarquable d'aspect qu'elle offre avec le ciel bleu. Il n'y a donc rien de surprenant à ce qu'un physicien
n'y a donc rien de surprenant à ce qu'un physicien de Lyon, Lallemand, ait pensé à attribuer le bleu du ciel à la présence dans les hautes régions de l'atmosphère d'un gaz inconnu à fluorescence bleue. Mais l'idée a été vite abandonnée, car rien n'autorisait à voir dans le bleu du ciel autre chose que de la lumière réfléchie. Nous la signalons simplement parce qu'elle montre qu'il n'est aucune sorte d'explication qu'on n'ait essayée. Quoi qu'il en soit, Xavier constate que, dans tous les exemples énumérés pour lesquels il a examiné la lumière transmise, celle-ci, au lieu d'être bleuâtre, comme
examiné la lumière transmise, celle-ci, au lieu d'être bleuâtre, comme l'est la lumière réfléchie, est d'une teinte jaune plus ou moins brune ou rouge, c'est-à-dire à peu près complémentaire de la lumière réfléchie. Une bonne partie du mémoire est consacrée à la description des observations qu'il a faites dans une grotte de l'île de Capri, grotte que la nature semble, dit-il, « avoir « construite pour montrer dans toute sa beauté la couleur « bleue de la mer, et qui, pour cette raison, porte le nom de « grotte d'azur ». D'après Xavier, le mécanisme par lequel est engendré le
». D'après Xavier, le mécanisme par lequel est engendré le bleu du ciel est, à l'échelle près, le même que celui qui détermine l'apparence bleue des veines peu profondes. L'atmosphère est un milieu transparent, très faiblement troublé, par la présence de fines particules en suspension et rendu ainsi hétérogène ; la peau est un milieu transparent qui, de par sa constitution cellulaire, est très trouble, très fortement hétérogène. Le premier milieu, l'atmosphère, est interposé entre l'œil et les espaces sombres interplanétaires, tout comme le second, la peau, est interposé entre l'observateur et le sang des veines sous-jacentes, jouant le rôle
l'observateur et le sang des veines sous-jacentes, jouant le rôle de fond noir. La teinte bleue des eaux profondes, celle de la glace placée devant un fond obscur, proviennent également, d'après lui, de ce que ces milieux sont, comme l'air, comme la peau, des milieux troubles, des milieux opalescents. Si l'eau n'est pas assez profonde, la couleur du fond intervient et se mêle à celle de l'eau, exactement comme lorsqu'une veine est trop fine pour que le sang puisse absorber toute la lumière incidente, elle réfléchit une lumière d'une teinte rouge foncé qui se mêle au bleu dû à l'opalescence
rouge foncé qui se mêle au bleu dû à l'opalescence de la peau. Xavier s'est demandé pourquoi les milieux troubles qu'il venait de considérer, réfléchissaient de préférence les radiations bleues en laissant plus facilement passer les rouges. Il a songé à une théorie, proposée par Newton sous forme de question, à la suite de ses études sur les colorations que prennent les milieux transparents, même incolores, lorsqu'on les réduit à l'état de lames extrêmement minces ; colorations dont nous avons un exemple familier dans les teintes magnifiques des bulles de savon. Pour que les teintes apparaissent, quand on éclaire ces
savon. Pour que les teintes apparaissent, quand on éclaire ces lames avec la lumière du jour, il est essentiel que les lames ne soient ni trop minces, ni trop épaises. Trop minces, elles ne réfléchissent aucune couleur ; lorsque leur épaisseur croît la première couleur réfléchie est bleue, puis viennent successivement des teintes très variées ; enfin, à partir d'une certaine épaisseur, toute coloration disparaît. Quant à la lumière transmise, sa teinte est toujours complémentaire de celle de la lumière réfléchie ; elle est donc jaune quand cette dernière est bleue. Ces propriétés des lames minces transparentes ne permettraient-elles pas
bleue. Ces propriétés des lames minces transparentes ne permettraient-elles pas d'expliquer la couleur des corps usuels, celle du ciel et de tous les autres milieux ? Newton posa la question, et vers la fin du XVIIIe siècle, comme au commencement du XIXe, cette interprétation a joui d'une très grande vogue. Tous les corps étaient supposés formés de lames minces ; tous les milieux étaient supposés en contenir. C'est ainsi qu'en avril 1833 à la Société royale d'Edimbourg, un savant anglais bien connu par ses travaux d'optique, Sir David Brewster, dans une lecture où il se proposait d'attaquer cette théorie, constatait
une lecture où il se proposait d'attaquer cette théorie, constatait qu'elle était alors la seule admise. Il est donc intéressant de signaler que dès 1831, dans un autre mémoire, Xavier avait discuté longuement l'hypothèse des lames minces et démontré avant Brewster qu'elle ne permettait pas de rendre compte des couleurs des corps usuels, étoffes teintes, fleurs, feuilles et plus généralement de la couleur de ceux qui présentent les mêmes teintes par transparence que par réflexion. Dans le mémoire actuel, il note que les substances opalescentes, celles dont il traite, offrent, conformément à la théorie des lames minces, une couleur par
conformément à la théorie des lames minces, une couleur par transmission à peu près complémentaire de leur couleur par réflexion ; que cette théorie semble donc pouvoir s'appliquer ici, mais « qu'il ne s'y arrêtera pas, attendu que le but de son essai » « est simplement de signaler le phénomène (de l'opalescence bleue) dans les substances qui le produisent, et d'en décrire les effets, sans admettre absolument cette théorie, qui présente de grandes difficultés ». Dès 1772, le physicien de Luc et plus tard de Saussure, Pictet et d'autres, ayant vu leurs hygromètres indiquer une très grande sécheresse apparente
ayant vu leurs hygromètres indiquer une très grande sécheresse apparente de l'air sur les montagnes, s'en étaient beaucoup étonnés, et à juste titre, puisque les masses nuageuses prennent naissance dans cet air et qu'en somme c'est de là que nous vient la pluie. Pour expliquer ce contraste extraordinaire, ils supposaient qu'il y avait ici de l'eau sous une forme intermédiaire entre celle de vapeur proprement dite et celle de gouttelettes nuageuses, forme sous laquelle, en tout cas, l'eau était sans action sur les hygromètres. C'est à cette forme particulière de l'eau, ou une forme analogue, que Xavier eut recours pour
l'eau, ou une forme analogue, que Xavier eut recours pour expliquer le bleu du ciel, gouttelettes d'eau bien plus fines que celles qui constituent les nuages. La même supposition a été faite en 1845, par Forbes, qui l'appuyait d'une observation directe intéressante. Se trouvant sur une locomotive et apercevant, par hasard, le soleil à travers le jet de vapeur qui s'échappait de la machine, il observa que cet astre prenait une coloration jaune orangé quand on le regardait à travers la partie du jet où la vapeur n'a pas encore pris la forme de nuage blanc. Il en conclut :
pris la forme de nuage blanc. Il en conclut : d'abord que la vapeur, avant d'être nuage, passe par un état intermédiaire, sous lequel elle transmet de préférence les rayons jaunes et orangés ; ensuite que, dans cet état, elle réfléchissait vraisemblablement la couleur complémentaire, c'est-à-dire le bleu. Si donc l'atmosphère renferme de la vapeur d'eau sous cette forme inconnue, les teintes du ciel au zénith ou à l'horizon s'expliqueront immédiatement. C'est exactement ce que pensait Xavier de Maistre. Coïncidence curieuse : Des expériences assez récentes de Fowle, sur la diffusion des radiations lumineuses par la vapeur d'eau atmosphérique, lui
diffusion des radiations lumineuses par la vapeur d'eau atmosphérique, lui ont montré que cette vapeur diffuse environ 60 fois plus de lumière qu'un gaz normal, d'où il tire cette conséquence que les molécules de la vapeur, même non saturante, au lieu d'être isolées comme le sont celles d'un gaz normal, forment des groupes de 60 molécules dont chacun est un centre diffusant. La vapeur existerait donc effectivement dans l'atmosphère sous cet état intermédiaire auquel avaient pensé de Luc, Xavier de Maistre, Forbes et beaucoup d'autres. En 1849, le célèbre physicien allemand Clausius discuta, dans deux mémoires bien connus, l'hypothèse des
allemand Clausius discuta, dans deux mémoires bien connus, l'hypothèse des lamelles minces de Newton, celle à laquelle Xavier n'avait pas voulu s'arrêter. Il admit que ces lamelles avaient la forme de sphères creuses très petites, véritables bulles de savon en miniature, flottant dans l'air. Les savants de l'époque acceptaient volontiers cette conception parce que, ne pouvant comprendre que les gouttelettes des nuages ordinaires pussent se soutenir dans l'air si elles avaient été pleines, ils avaient déjà imaginé de les faire creuses. C'était, disaient-ils, des vésicules d'eau. Clausius attribuait aux parois de ces vésicules une épaisseur très faible, assez pour qu'elles
de ces vésicules une épaisseur très faible, assez pour qu'elles fussent aptes à ne réfléchir que les rayons bleus du soleil, et, par conséquent, à laisser passer une lumière jaune. IV Les expériences de Brücke et de Tyndall et leur explication A l'époque où parut l'étude de Xavier, aucun physicien n'avait encore entrepris d'expériences systématiques en vue de déterminer l'influence de la grosseur des particules troublantes. Il nous faut arriver jusqu'à l'année 1853 pour rencontrer le premier mémoire ayant trait à ce sujet. Il est dû à Brücke. Dans une cuve en verre contenant une grande masse d'eau vivement agitée,
cuve en verre contenant une grande masse d'eau vivement agitée, il versait goutte à goutte une solution alcoolique de cette résine particulière du lentisque, désignée sous le nom de « mastic ». Etant insoluble dans l'eau, la résine précipitait en particules d'autant plus fines que la solution alcoolique employée était plus étendue. Derrière la cuve, il avait disposé un fond noir, papier noir, velours noir, ou simplement la porte ouverte d'une salle obscure. L'observateur se place devant la cuve et l'éclairé latéralement, par le côté ou par en haut. Le liquide trouble s'illumine intérieurement et prend une magnifique coloration bleue,
liquide trouble s'illumine intérieurement et prend une magnifique coloration bleue, tandis que le faisceau incident qui a passé en ligne droite à travers le liquide en sort, ayant pris la teinte jaune complémentaire du bleu. Le bleu obtenu est d'autant plus pur que la solution alcoolique employée est plus étendue, et, par conséquent, que les particules précipitées sont plus fines. On peut répéter l'expérience en utilisant d'autres précipités. C'est ainsi qu'Abney employait une solution bien filtrée d'hyposulfite de soude à laquelle il ajoutait un peu d'acide chlorhydrique étendu. Le procédé est très commode. Un rayon de soleil qui traverse le
est très commode. Un rayon de soleil qui traverse le liquide se colore d'abord en jaune, puis en orangé, en rouge, en même temps que son éclat diminue à mesure que le précipité de soufre qui se forme devient plus abondant. La lumière diffusée latéralement est d'un bleu analogue à celui du ciel. Le bleu du ciel émanant d'un milieu gazeux, il convenait d'opérer avec des gaz. En 1868, le physicien anglais Tyndall obtint de cette façon de si magnifiques teintes bleues qu'il lui arrivait de dire qu'il fabriquait à volonté des morceaux de firmament. Il introduisait dans un tube
volonté des morceaux de firmament. Il introduisait dans un tube de verre, fermé à ses deux extrémités par des lames de verre, des traces de vapeurs appartenant à des substances facilement décomposables par la lumière avec formation d'un précipité : iodures, ou azotites d'éthyle ou d'amyle par exemple. Deux années plus tard, ayant répété certaines expériences du lyonnais Lallemand ou du marseillais Morren portant sur des gaz plus difficilement décomposables par la lumière, il appela l'attention sur l'extraordinaire finesse que devaient posséder les particules troublantes génératrices du bleu. Le gaz sulfureux, par exemple, sous l'influence d'un faisceau de lumière très
sulfureux, par exemple, sous l'influence d'un faisceau de lumière très intense, se décompose partiellement en oxygène et soufre. Un récipient de verre rempli de ce gaz, placé devant un fond noir et observé perpendiculairement au faisceau qui l'éclaire, reste tout d'abord complètement obscur. Mais, après quelque temps, il acquiert une légère teinte bleutée sur le trajet du faisceau, teinte qui s'accentue peu à peu, puis se lave de blanc et enfin devient complètement blanche. On observe même, finalement, un épais nuage de soufre, si l'action de la lumière a été suffisamment prolongée. On peut employer d'autres gaz que le gaz
suffisamment prolongée. On peut employer d'autres gaz que le gaz sulfureux. Avec certains d'entre eux, l'expérience doit se poursuivre parfois pendant quinze à vingt minutes, avant que le bleu ne passe au blanc. Or, même quand le milieu est fortement blanchi, les particules sont encore si ténues, qu'aucun microscope ne permet de les apercevoir. "Quelle devait donc être leur finesse, s'écrie Tyndall, au moment où le bleu commençait à paraître ? Quelle idée pouvons-nous avoir de la grandeur de particules semblables ? De même que les distances des espaces stellaires ne produisent en nous que le sentiment d'une immensité étourdissante,
ne produisent en nous que le sentiment d'une immensité étourdissante, sans laisser d'impression directe sur l'esprit, de même les grandeurs auxquelles nous avons à faire ici, nous laissent un sentiment accablant de petitesse. Nous étudions là des infiniment petits auprès desquels les êtres microscopiques sont littéralement immenses." Ces remarques avaient une grande portée : si les particules troublantes sont petites jusqu'à être de diamètre inférieur aux longueurs d'onde des vibrations lumineuses, nous nous trouvons à même de comprendre pourquoi elles réfléchissent de préférence les radiations à courtes longueurs d'onde, c'est-à-dire le bleu. Observons, par exemple, les rides circulaires qui se
le bleu. Observons, par exemple, les rides circulaires qui se propagent d'un mouvement uniforme lorsqu'on a jeté une pierre dans une eau tranquille. Elles sont formées de crêtes séparées par des vallonnements équidistants, et forment dans leur ensemble ce qu'on appelle un train d'ondes. Lorsque ce train rencontre un bouchon flottant, il ne l'entraîne pas, mais glisse au-dessous en lui imprimant un mouvement vertical de va-et-vient. Lorsque l'écartement de deux crêtes consécutives est grand ce qu'on exprime en disant que la longueur d'onde est grande — le mouvement que le train d'onde tend à communiquer au bouchon est assez lent
train d'onde tend à communiquer au bouchon est assez lent pour que celui-ci puisse s'y conformer facilement. Les ondes passent sans trouver de résistance, à peu près comme si elles n'avaient pas rencontré d'obstacle. Résultat qui, transporté dans le domaine de l'optique, s'exprimera en disant que les particules flottantes, suffisamment petites par rapport aux longueurs des ondes lumineuses, laissent passer à peu près toute la lumière. Mais que les ondes de notre train liquide soient, au contraire, très serrées, très proches les unes des autres. Elles tendront à soulever et laisser retomber alternativement le bouchon avec une très vive cadence,
laisser retomber alternativement le bouchon avec une très vive cadence, trop vive pour qu'il puisse se prêter docilement à cette manœuvre. Son inertie ne lui permet de céder qu'avec un certain retard aux forces qui le sollicitent ; il restera presque immobile, se comportant à peu près comme un obstacle fixe. Autant il est facile de communiquer à un marteau un lent mouvement alternatif de va-et-vient, autant il est difficile de le secouer rapidement de manière à lui faire exécuter par exemple cent de ces mouvements par seconde. Dans le langage de l'optique, le résultat précédent revient à dire que
langage de l'optique, le résultat précédent revient à dire que des ondes lumineuses serrées, rencontrant une fine particule, ne passeront pas aussi aisément que les ondes à grand écartement. Elles perdront une fraction plus importante de leur intensité. Or, les ondes longues sont celles de la lumière rouge et des lumières voisines, les ondes courtes sont celles de la lumière bleue et des lumières avoisinantes. Ces dernières passeront donc moins facilement à travers les petits obstacles que ne le font les ondes rouges; elles seront plus fortement réfléchies, diffusées. Voilà pourquoi, lorsque de la lumière solaire vient frapper un milieu
pourquoi, lorsque de la lumière solaire vient frapper un milieu tenant en suspension des corpuscules d'une extrême finesse, ce sont les ondes les plus serrées, c'est-à-dire les ondes bleues ou violettes, qui subissent la plus forte réflexion. Sur ce point, le mystère est donc éclairci. Cette explication, on le voit, ne fait intervenir ni la forme, ni la couleur, ni la transparence des particules troublantes ; elle ne suppose pas que ces particules soient de fines lamelles transparentes ; elle est tout à fait indépendante des propriétés des lames minces ; elle n'implique rien, non plus, quant à la nature
; elle n'implique rien, non plus, quant à la nature des particules : ce peuvent être des particules de charbon, de soufre, de blanc de zinc ou toute autre farine. L'extrême petitesse des particules est la seule cause du bleu du ciel. Les théories de lord Rayleigh et les expériences de contrôle Conclusions Les suppositions relatives à la nature et à l'origine de ces particules furent nombreuses. Certains savants y voyaient, à l'exemple de Xavier de Maistre et de Forbes, de l'eau, que l'air tenait dans un état particulier se rapprochant peut-être de ce que nous appelons aujourd'hui l'état colloïdal
rapprochant peut-être de ce que nous appelons aujourd'hui l'état colloïdal ; d'autres, avec Clausius, croyaient à de l'eau sous la forme vésiculaire ; d'autres encore pensaient à des poussières d'origine cosmique ou volcanique ; d'autres, enfin, comme de la Rive, physicien de Genève, n'hésita pas à y voir des germes organisés flottants, quand un savant anglais, William Strutt, émit une idée assez déconcertante, mais propre à mettre tout le monde d'accord, puisqu'elle consistait à dire que le bleu du ciel n'était pas davantage l'effet de particules étrangères qu'il n'était l'effet d'une transparence bleue de l'atmosphère. S'aidant de certaines hypothèses vraisemblables,