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Xavier n'est effectivement complète, disait-il, car aucune d'elles ne reproduit ses mémoires scientifiques. Il énumérait neuf de ceux-ci ; récemment, M. l'abbé Berthier a porté ce nombre à douze; j'en ai depuis découvert un treizième ; il en existe peut-être d'autres. Quelques-uns d'entre eux sont assez volumineux, et l'on peut affirmer que l'œuvre scientifique de Xavier n'est pas inférieure, du moins en étendue, à son œuvre littéraire. La lecture de ceux qui restent ne laisse d'ailleurs aucun doute sur les préférences de cet homme original : il était naturellement porté vers les études scientifiques. Il suffit de lire l'annonce intitulée « Prospectus de l'expérience aérostatique de Chambéry », pour être renseigné sur ce point. Elle constitue un plaidoyer énergique en faveur de la recherche expérimentale. Même si l'on suppose, avec M. de Buttet, qu'elle soit de la main de Joseph de Maistre, on doit admettre qu'elle exprime aussi la pensée de Xavier. Les travaux scientifiques de ce dernier se ressentent naturellement de sa qualité de peintre ; on pourrait presque dire de sa profession, puisque, pendant quelque temps, il a vécu de son pinceau. Ils portent en majorité sur les couleurs, sur les huiles, sur l'aspect du ciel et de la mer, entre autres sur le bleu du ciel. Examiner chemin faisant ce qu'il en pensait, sera donc contribuer un peu, pour ma part, à faire connaître sous un jour nouveau votre humoristique et chatoyant compatriote, lequel se serait volontiers, je crois, appliqué ces vers de notre grand La Fontaine : Papillon du Parnasse et semblable aux abeilles À qui le bon Platon compare nos merveilles, Je suis chose légère et vole à tout sujet. Je vais de fleur en fleur et d'objet en objet. A beaucoup de plaisir se mêle un peu de gloire. J'irais plus haut, sans doute au temple de Mémoire, Si dans un génie seul j'avais usé mes jours. C'est le ciel bleu que tous les poètes ont chanté : Le ciel, beau papillon, par Dieu même construit, Qui, de jour, remplissant de plis d'azur l'espace, Semble un dais suspendu sur le Soleil qui passe Et
la mer, entre autres sur le bleu du ciel. Examiner chemin faisant ce qu'il en pensait, sera donc contribuer un peu, pour ma part, à faire connaître sous un jour nouveau votre humoristique et chatoyant compatriote, lequel se serait volontiers, je crois, appliqué ces vers de notre grand La Fontaine : Papillon du Parnasse et semblable aux abeilles À qui le bon Platon compare nos merveilles, Je suis chose légère et vole à tout sujet. Je vais de fleur en fleur et d'objet en objet. A beaucoup de plaisir se mêle un peu de gloire. J'irais plus haut, sans doute au temple de Mémoire, Si dans un génie seul j'avais usé mes jours. C'est le ciel bleu que tous les poètes ont chanté : Le ciel, beau papillon, par Dieu même construit, Qui, de jour, remplissant de plis d'azur l'espace, Semble un dais suspendu sur le Soleil qui passe Et dont on ne peut voir les clous d'or que la nuit. (Victor HUGO). La luminosité bleue du ciel disparaît progressivement après le coucher du soleil pour ne réapparaître qu'un peu avant son lever. Il y a donc, dans le ciel, quelque chose qui émet de la lumière, dès que viennent le frapper les rayons de l'astre du jour. Ce quelque chose ne peut d'ailleurs résider dans les espaces interplanétaires. Par une nuit sans lune, les étoiles brillent et se détachent sur un fond très sombre ; les profondeurs de l'espace restent obscures, alors qu'à ce moment, elles sont cependant traversées par les rayons du soleil ; exception faite, bien entendu, pour celles qui se trouvent dans le cône d'ombre de la Terre. Les astronomes nous invitent d'ailleurs, à considérer ces profondeurs comme vides de matière à un très haut degré. Ne laissent-elles pas arriver jusqu'à nous la lumière d'étoiles immensément éloignées ? Il faut donc chercher dans l'atmosphère seule, dans ce milieu gazeux qui enveloppe la terre, la cause de la luminosité du ciel. Bleu de transparence, bleu de contraste et bleu de réflexion La première idée qui vient à l'esprit est d'attribuer cette luminosité à une réflexion de la
le frapper les rayons de l'astre du jour. Ce quelque chose ne peut d'ailleurs résider dans les espaces interplanétaires. Par une nuit sans lune, les étoiles brillent et se détachent sur un fond très sombre ; les profondeurs de l'espace restent obscures, alors qu'à ce moment, elles sont cependant traversées par les rayons du soleil ; exception faite, bien entendu, pour celles qui se trouvent dans le cône d'ombre de la Terre. Les astronomes nous invitent d'ailleurs, à considérer ces profondeurs comme vides de matière à un très haut degré. Ne laissent-elles pas arriver jusqu'à nous la lumière d'étoiles immensément éloignées ? Il faut donc chercher dans l'atmosphère seule, dans ce milieu gazeux qui enveloppe la terre, la cause de la luminosité du ciel. Bleu de transparence, bleu de contraste et bleu de réflexion La première idée qui vient à l'esprit est d'attribuer cette luminosité à une réflexion de la lumière du soleil et, par conséquent, à chercher dans l'atmosphère une cause de réflexion. Or, nous savons que la température n'est pas la même aux différents points de la masse atmosphérique, et qu'elle ne reste pas invariable en un même lieu. Elle n'est ni uniforme, ni stable. La pression, l'état hygrométrique, la densité, ne le sont pas davantage. De deux portions contiguës de l'atmosphère ne sont donc pas rigoureusement identiques. Lorsqu'un rayon de lumière passe de l'une à l'autre, il a, par suite, traversé la surface de séparation, plus ou moins mal définie et mouvante, de deux milieux optiquement différents. Mais en passant de l'eau dans le verre, ou plus généralement d'un milieu dans un autre, un rayon lumineux laisse toujours se réfléchir, à la surface de séparation, une partie de la lumière qu'il transporte. Notre rayon laissera, par suite, se réfléchir, en chacun des points de son parcours, une fraction de sa lumière. Cette fraction sera très petite, puisque deux portions contiguës de l'atmosphère ont des propriétés presque identiques ; en sorte que, si le faisceau de lumière que le soleil envoie à travers l'atmosphère était un faisceau étroit, la totalité de la lumière que les masses d'air, placées
hygrométrique, la densité, ne le sont pas davantage. De deux portions contiguës de l'atmosphère ne sont donc pas rigoureusement identiques. Lorsqu'un rayon de lumière passe de l'une à l'autre, il a, par suite, traversé la surface de séparation, plus ou moins mal définie et mouvante, de deux milieux optiquement différents. Mais en passant de l'eau dans le verre, ou plus généralement d'un milieu dans un autre, un rayon lumineux laisse toujours se réfléchir, à la surface de séparation, une partie de la lumière qu'il transporte. Notre rayon laissera, par suite, se réfléchir, en chacun des points de son parcours, une fraction de sa lumière. Cette fraction sera très petite, puisque deux portions contiguës de l'atmosphère ont des propriétés presque identiques ; en sorte que, si le faisceau de lumière que le soleil envoie à travers l'atmosphère était un faisceau étroit, la totalité de la lumière que les masses d'air, placées sur son trajet, réfléchiraient vers la terre, serait trop faible pour que le ciel paraisse lumineux. Mais c'est en réalité toute l'immense épaisseur de la couche atmosphérique qui se trouve baignée par les rayons du soleil, et dans ces conditions, il n'est pas invraisemblable que la lumière renvoyée vers la terre, par toute cette épaisseur, soit suffisante pour rendre compte de la luminosité du firmament. Ajoutons que les surfaces fictives, mouvantes, mal définies, qui séparent les unes des autres les différentes portions de l'atmosphère, possédant des orientations essentiellement diverses et instables, on comprend pourquoi cette luminosité est à peu près la même dans toutes les directions. En 1872, un physicien de Bâle, Hagenbach, retint l'attention sur cette interprétation possible. Il fit observer, en outre, que pour expliquer la teinte bleue du ciel, il suffisait d'admettre que l'air colore en bleu les rayons lumineux qui le parcourent ; supposition qu'on avait déjà faite antérieurement. Mais l'air est-il bleu par transparence ? La chose n'avait rien que de vraisemblable. Ainsi que fit remarquer Spring, de Liège, en 1899, deux des principaux constituants de l'air, l'oxygène et la vapeur d'eau, réduits à l'état liquide, sont faiblement bleus par transparence, quand on les considère
terre, par toute cette épaisseur, soit suffisante pour rendre compte de la luminosité du firmament. Ajoutons que les surfaces fictives, mouvantes, mal définies, qui séparent les unes des autres les différentes portions de l'atmosphère, possédant des orientations essentiellement diverses et instables, on comprend pourquoi cette luminosité est à peu près la même dans toutes les directions. En 1872, un physicien de Bâle, Hagenbach, retint l'attention sur cette interprétation possible. Il fit observer, en outre, que pour expliquer la teinte bleue du ciel, il suffisait d'admettre que l'air colore en bleu les rayons lumineux qui le parcourent ; supposition qu'on avait déjà faite antérieurement. Mais l'air est-il bleu par transparence ? La chose n'avait rien que de vraisemblable. Ainsi que fit remarquer Spring, de Liège, en 1899, deux des principaux constituants de l'air, l'oxygène et la vapeur d'eau, réduits à l'état liquide, sont faiblement bleus par transparence, quand on les considère sous une épaisseur suffisante. La continuité de propriétés, lors du passage de l'état liquide à l'état gazeux, l'autorisait donc à supposer que ces substances jouissaient de la même propriété à l'état gazeux. Il notait qu'on trouvait également dans l'air, mais en proportions tout à fait minimes, un gaz, l'ozone, franchement bleu par transparence. Disons de suite que des expériences directes ultérieures, en même temps qu'elles ont, qualitativement, confirmé ces prévisions, ont mis en évidence l'extrême faiblesse de la coloration que présente l'air par transparence ; en sorte que cette coloration bleue ne peut jouer qu'un rôle tout à fait secondaire dans la production du bleu du ciel. La théorie dont nous venons de donner une idée, théorie qui faisait de l'atmosphère un milieu transparent bleu, optiquement trouble, soulevait d'ailleurs une grave objection. Lorsque le soleil est à l'horizon, les rayons qu'il nous envoie directement ont dû traverser horizontalement une épaisseur d'atmosphère dix fois plus grande que lorsqu'il est près du zénith. La couleur de cet astre devrait donc, d'après la théorie, se rapprocher du bleu lorsqu'il descend ; l'inverse devrait se produire quand l'astre monte. Or, l'observation journalière contredit cette conséquence : le soleil est d'autant plus jaune, ou rouge,
bleu par transparence. Disons de suite que des expériences directes ultérieures, en même temps qu'elles ont, qualitativement, confirmé ces prévisions, ont mis en évidence l'extrême faiblesse de la coloration que présente l'air par transparence ; en sorte que cette coloration bleue ne peut jouer qu'un rôle tout à fait secondaire dans la production du bleu du ciel. La théorie dont nous venons de donner une idée, théorie qui faisait de l'atmosphère un milieu transparent bleu, optiquement trouble, soulevait d'ailleurs une grave objection. Lorsque le soleil est à l'horizon, les rayons qu'il nous envoie directement ont dû traverser horizontalement une épaisseur d'atmosphère dix fois plus grande que lorsqu'il est près du zénith. La couleur de cet astre devrait donc, d'après la théorie, se rapprocher du bleu lorsqu'il descend ; l'inverse devrait se produire quand l'astre monte. Or, l'observation journalière contredit cette conséquence : le soleil est d'autant plus jaune, ou rouge, qu'il est plus bas sur l'horizon. Pour faire disparaître cette contradiction, Spring fit observer qu'à son lever ou à son coucher, le soleil ne peut nous envoyer directement que des rayons ayant cheminé très longtemps au voisinage du sol, dans un milieu rempli de poussières, dont quelques-unes d'une extrême finesse. Or, c'est un fait bien connu, et nous allons nous y arrêter longuement, qu'un milieu incolore devient, par transparence, d'un jaune plus ou moins teinté de rouge, quand on y met de très fines poussières en suspension. L'air voisin du sol produirait donc, sur la lumière venue horizontalement du soleil, deux effets antagonistes, l'un de coloration bleue, comme le ferait un verre bleu, l'autre de coloration jaune, déterminé par les poussières; et c'est le dernier effet qui l'emporterait. La réplique est satisfaisante; elle répond même si bien à l'objection qu'elle la dépasse et permet de comprendre pourquoi le soleil prend des teintes jaunes ou rougeâtres lorsqu'il est voisin de l'horizon, teintes que prennent d'ailleurs aussi la lune et les nuages. Or, ayant expliqué pourquoi le ciel est plus jaune à l'horizon, n'aurions-nous pas, du même coup, expliqué pourquoi il est plus bleu au zénith ? Le zénith ne paraîtrait-il pas
Or, c'est un fait bien connu, et nous allons nous y arrêter longuement, qu'un milieu incolore devient, par transparence, d'un jaune plus ou moins teinté de rouge, quand on y met de très fines poussières en suspension. L'air voisin du sol produirait donc, sur la lumière venue horizontalement du soleil, deux effets antagonistes, l'un de coloration bleue, comme le ferait un verre bleu, l'autre de coloration jaune, déterminé par les poussières; et c'est le dernier effet qui l'emporterait. La réplique est satisfaisante; elle répond même si bien à l'objection qu'elle la dépasse et permet de comprendre pourquoi le soleil prend des teintes jaunes ou rougeâtres lorsqu'il est voisin de l'horizon, teintes que prennent d'ailleurs aussi la lune et les nuages. Or, ayant expliqué pourquoi le ciel est plus jaune à l'horizon, n'aurions-nous pas, du même coup, expliqué pourquoi il est plus bleu au zénith ? Le zénith ne paraîtrait-il pas bleu par simple contraste avec l'horizon ? Auquel cas, nous n'aurions plus à nous préoccuper de savoir si l'air est bleu par transparence : ce bleu n'interviendrait qu'accessoirement. En 1903, un ophtalmologiste, Remy, de Dijon, proposa précisément d'expliquer le bleu du ciel, par un effet de contraste : contraste non seulement avec les teintes de l'horizon, mais encore avec la couleur du sol. Il s'appuyait sur cette observation que le ciel ne semble pas bleu quand on le regarde du fond d'un puits, ou bien encore au moyen d'un long tube noirci intérieurement bien appliqué contre l'œil (afin d'empêcher toute lumière étrangère de pénétrer latéralement). La cause du bleu du zénith ne serait donc pas au zénith, mais serait à l'horizon, dans les poussières qui avoisinent le sol : c'est par opposition avec le jaune de l'horizon que le zénith paraîtrait bleu. Malheureusement l'analyse de la lumière du ciel a montré qu'elle renfermait proportionnellement plus de rayons bleus que la lumière venue directement du soleil, même quand ce dernier est au zénith. Cependant, s'il y a des poussières dans les régions inférieures de l'atmosphère, on en trouve aussi sur les montagnes et même à toutes les altitudes. Comme on pouvait
seulement avec les teintes de l'horizon, mais encore avec la couleur du sol. Il s'appuyait sur cette observation que le ciel ne semble pas bleu quand on le regarde du fond d'un puits, ou bien encore au moyen d'un long tube noirci intérieurement bien appliqué contre l'œil (afin d'empêcher toute lumière étrangère de pénétrer latéralement). La cause du bleu du zénith ne serait donc pas au zénith, mais serait à l'horizon, dans les poussières qui avoisinent le sol : c'est par opposition avec le jaune de l'horizon que le zénith paraîtrait bleu. Malheureusement l'analyse de la lumière du ciel a montré qu'elle renfermait proportionnellement plus de rayons bleus que la lumière venue directement du soleil, même quand ce dernier est au zénith. Cependant, s'il y a des poussières dans les régions inférieures de l'atmosphère, on en trouve aussi sur les montagnes et même à toutes les altitudes. Comme on pouvait le prévoir, elles sont d'autant moins abondantes et d'autant plus fines qu'on s'élève davantage ; mais nous n'avons aucune raison de croire que les très hautes régions en soient absolument dépourvues. Il est donc possible qu'il y ait là-haut, très haut, des poussières, d'une extrême ténuité, lesquelles, bien qu'infiniment plus petites, s'illuminent par la lumière du soleil, comme le font les gouttelettes de brouillard dans la lumière d'un phare d'automobile. Leur présence permettrait déjà d'interpréter la luminosité du ciel par un mécanisme différent de celui du trouble optique : le mécanisme du trouble particulaire. Mais il y a mieux. Nous allons voir que, depuis longtemps, l'observation a révélé que la lumière réfléchie par les fines poussières, recevant la lumière du jour, est une lumière bleue ; d'autant plus bleue que les particules qui constituent ces poussières sont plus fines. Si bien, que la présence de très fines particules dans les hautes régions expliquerait peut-être non seulement la luminosité du ciel, mais encore pourquoi cette luminosité est bleue : la cause du bleu du zénith ne serait ni un effet de la transparence bleue de l'air, ni un effet de contraste, plus ou moins analogue à celui qu'a invoqué Remy ;
petites, s'illuminent par la lumière du soleil, comme le font les gouttelettes de brouillard dans la lumière d'un phare d'automobile. Leur présence permettrait déjà d'interpréter la luminosité du ciel par un mécanisme différent de celui du trouble optique : le mécanisme du trouble particulaire. Mais il y a mieux. Nous allons voir que, depuis longtemps, l'observation a révélé que la lumière réfléchie par les fines poussières, recevant la lumière du jour, est une lumière bleue ; d'autant plus bleue que les particules qui constituent ces poussières sont plus fines. Si bien, que la présence de très fines particules dans les hautes régions expliquerait peut-être non seulement la luminosité du ciel, mais encore pourquoi cette luminosité est bleue : la cause du bleu du zénith ne serait ni un effet de la transparence bleue de l'air, ni un effet de contraste, plus ou moins analogue à celui qu'a invoqué Remy ; elle résiderait dans les poussières du zénith. II Digression sur la théorie des couleurs L'idée que le bleu du ciel est dû à de très fines particules disséminées dans les hautes régions de l'atmosphère est une idée très vieille, en relation étroite avec l'ancienne théorie des couleurs d'après laquelle toutes les couleurs proviendraient du mélange de l'ombre et de la lumière. Cette théorie reposait sur diverses observations dont les plus importantes étaient celles dans lesquelles on produisait du bleu en associant du blanc et du noir. Par suppression du noir on voyait souvent, dans ces mêmes expériences, apparaître de la lumière jaune. D'ailleurs, en mélangeant du jaune et du bleu, on peut obtenir d'autres teintes. Admettre qu'on pouvait les obtenir toutes, à partir du jaune et du bleu, et par conséquent à partir de lumière et d'ombre, voilà tout l'essentiel de cette ancienne théorie. Rappelons quelques-unes des observations auxquelles nous venons de faire allusion : Une tranche très mince découpée dans le blanc d'un œuf dur prend une teinte jaunâtre quand on l'interpose entre l'œil et la lumière du jour, tandis qu'elle devient bleuâtre quand on la pose sur une feuille de papier noir. Une lame de verre sur laquelle
les couleurs proviendraient du mélange de l'ombre et de la lumière. Cette théorie reposait sur diverses observations dont les plus importantes étaient celles dans lesquelles on produisait du bleu en associant du blanc et du noir. Par suppression du noir on voyait souvent, dans ces mêmes expériences, apparaître de la lumière jaune. D'ailleurs, en mélangeant du jaune et du bleu, on peut obtenir d'autres teintes. Admettre qu'on pouvait les obtenir toutes, à partir du jaune et du bleu, et par conséquent à partir de lumière et d'ombre, voilà tout l'essentiel de cette ancienne théorie. Rappelons quelques-unes des observations auxquelles nous venons de faire allusion : Une tranche très mince découpée dans le blanc d'un œuf dur prend une teinte jaunâtre quand on l'interpose entre l'œil et la lumière du jour, tandis qu'elle devient bleuâtre quand on la pose sur une feuille de papier noir. Une lame de verre sur laquelle on a déposé une couche très mince de peinture blanche peu chargée se comporte de même. Le lait très dilué paraît bleu quand on le conserve dans un vase dont l'intérieur est noir. Au contraire, une bouteille pleine de ce même lait paraît jaune quand on l'interpose entre l'œil et le soleil. On peut voir à la campagne que la fumée légère qui s'échappe des cheminées, où l'on brûle du bois, est nuancée de bleu quand on l'examine sur un fond sombre, mais qu'au contraire elle paraît d'un brun jaunâtre quand elle se détache sur un nuage blanc. La fumée de l'encens, celle d'un cigare de bonne qualité présentent les mêmes caractères à un très haut degré. Ces observations, et une foule d'autres, établissaient donc la possibilité d'obtenir du bleu lorsque des substances blanches translucides, opalescentes, troubles, se détachent sur un fond noir. Aussi n'y a-t-il rien de surprenant à voir Léonard de Vinci attribuer le bleu du firmament à des particules blanches réfléchissantes que l'air, pensait-il, tenait en suspension et qui se trouvaient ainsi interposées entre l'œil et les espaces interplanétaires jouant le rôle de fond noir. Pendant très longtemps, d'ailleurs, les physiciens et philosophes admiraient que les couleurs
le soleil. On peut voir à la campagne que la fumée légère qui s'échappe des cheminées, où l'on brûle du bois, est nuancée de bleu quand on l'examine sur un fond sombre, mais qu'au contraire elle paraît d'un brun jaunâtre quand elle se détache sur un nuage blanc. La fumée de l'encens, celle d'un cigare de bonne qualité présentent les mêmes caractères à un très haut degré. Ces observations, et une foule d'autres, établissaient donc la possibilité d'obtenir du bleu lorsque des substances blanches translucides, opalescentes, troubles, se détachent sur un fond noir. Aussi n'y a-t-il rien de surprenant à voir Léonard de Vinci attribuer le bleu du firmament à des particules blanches réfléchissantes que l'air, pensait-il, tenait en suspension et qui se trouvaient ainsi interposées entre l'œil et les espaces interplanétaires jouant le rôle de fond noir. Pendant très longtemps, d'ailleurs, les physiciens et philosophes admiraient que les couleurs étaient des qualités permanentes des corps, des qualités leur appartenant en propre, au même titre que la dureté, le poids ou l'odeur. Au XVIIe siècle, divers savants, entre autres Vossius, Descartes et le P. Milliet de Challes, abandonnant cette idée, firent des couleurs une propriété de la lumière, mais sans pouvoir préciser ce qu'ils entendaient par là. Newton eut la gloire de transformer en une admirable théorie ce qui n'était avant lui qu'une simple croyance assez obscure ; théorie d'après laquelle la lumière blanche du soleil n'est pas une lumière simple, mais une lumière décomposable, formée par l'association de lumières simples superposées ayant chacune une couleur particulière. Les couleurs principales, au nombre de sept, sont les suivantes : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge. Considérons un corps susceptible de réfléchir les rayons bleus et ceux-là seulement. Eclairé par la lumière du jour, il absorbera tous les rayons de cette lumière à l'exception des rayons bleus. Il paraîtra donc émettre de la lumière bleue. Ces rayons bleus ne viennent pas de la substance du corps ; celle-ci ne fait que les renvoyer : ils étaient dans la lumière incidente ; ce sont en quelque sorte les seuls dont la substance