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Ciel bleu, gilet jaune et MH17

lagerfeld gilet jauneIl y a exactement un an, la catastrophe du vol 17 de Malaysia Airlines au-dessus de l’Ukraine alimentait les media avides de sensationnel (et moins de rigueur journalistique). C’est l’occasion de rajouter une petite couche scientifique à l’article sur le témoignage d’une secouriste publié au mois de mars sur ce blog.

Quel rapport y a-t-il entre le bleu du ciel, le jaune du gilet de sécurité réglementaire et la catastrophe du vol MH17 ? La physique. Je sais, ce n’est pas évident ; mais c’est justement pourquoi ces lignes ont été écrites, avec l’ambition folle de vous apprendre quelque chose. Attention toutefois : la lecture de ce qui suit requiert un certain effort intellectuel, qui sera certainement très au-dessus des possibilités d’une Nabilla ou d’un journaliste standard. Je ne peux en aucun cas être tenu responsable des dissonances cognitives et crises de désespoir intellectuel qui pourraient éventuellement en résulter.

Ciel bleu

Pourquoi le ciel est-il bleu (lorsqu’il fait beau, bien sûr) ? Répondre à cette question n’est pas très simple ; pire, lorsqu’on y répond de façon véritablement scientifique, on se rend compte que le ciel n’est pas bleu. Voyons pourquoi.

Chacun peut constater que le bleu du ciel n’existe que pendant la journée, le ciel de la nuit étant noir (ou bleu très, très foncé). Cette couleur bleue provient donc, à n’en pas douter, de la lumière solaire qui est renvoyée par le ciel ; or, le soleil est une source de lumière blanche, pas bleue. Par quel mécanisme cette lumière est-elle “filtrée” pour que ne revienne vers nous que la couleur bleue ? Répondre à cette question nécessite de prendre en compte la nature électromagnétique des ondes lumineuses.

Fondamentaux

Une onde électromagnétique est une oscillation d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui se propage de proche en proche, à une vitesse dans le vide (ou même l’air) d’environ 300 000 km/s. Qu’est-ce qu’un champ électrique ? Juste une façon de dire que si une charge électrique se trouve là, elle est soumise à une force et va donc se déplacer (oublions le champ magnétique, qui en réalité n’existe pas indépendamment du champ électrique, dans une onde électromagnétique). Or la matière est constituée de charges électriques : les protons, dans le noyau des atomes, et les électrons tout autour. Lorsqu’une onde électromagnétique rencontre de la matière (et l’air de l’atmosphère est de la matière, même si elle est diluée), les électrons des atomes sont donc “secoués” à un rythme qui est celui auquel gigote l’onde, et qu’on mesure par sa fréquence (nombre d’oscillations par seconde, en Hertz). Les protons aussi gigotent, mais énormément moins, parce qu’ils sont énormément plus lourds tout en étant soumis à des forces de même amplitude que celles appliquées aux électrons.

À leur tour, les électrons qui gigotent créent une nouvelle onde électromagnétique, dont la fréquence est bien sûr celle de leurs oscillations. L’onde électromagnétique fait bouger les électrons, les électrons qui bougent créent une onde électromagnétique : on a là une réversibilité très courante dans de nombreuses lois de physique. Mais cela n’explique toujours pas le bleu du ciel : juste que le ciel n’est pas noir (puisque constitué de matière qui réémet une onde lumineuse).

Nabilla

Ne va pas plus loin,
tu risques un claquage neuronal.

Pour vraiment comprendre pourquoi le ciel n’est pas blanc (comme la lumière solaire incidente), il faut… faire de la physique. Et même de la physique un peu difficile, en manipulant des équations d’électromagnétisme. C’est très au-delà de ce qui peut être expliqué sur un blog, nécessairement grand public. Tentons néanmoins de donner la raison profonde du phénomène qui, cachée derrière des équations compliquées, reste assez simple : lorsque les électrons de l’atome sont secoués par l’onde électromagnétique incidente, cela produit un déplacement de ces électrons d’autant plus rapide que la fréquence de cette onde est élevée. Or des charges électriques en mouvement donnent un courant électrique, d’autant plus élevé (pour la même charge) que le mouvement est rapide, et ce courant est à l’origine de l’onde lumineuse réémise.

Ceci, plus quelques subtilités qu’il serait difficile d’expliquer à fond ici (les plus téméraires pourront étudier ce document pour une solution détaillée du problème) est la cause d’une plus grande diffusion des ondes lumineuses de haute fréquence que de basse fréquence par le ciel. Plus précisément, la puissance de l’onde réémise par les atomes varie comme la fréquence à la puissance 4 (on a donné à cette loi de nom de diffusion Rayleigh, du nom de son découvreur), c’est-à-dire qu’elle varie assez “violemment” avec la fréquence. Or, le spectre lumineux solaire va de l’ultraviolet (fréquences les plus élevées) à l’infrarouge (fréquences les plus faibles), l’oeil humain n’étant sensible qu’aux couleurs comprises entre le violet et le rouge. Et comme en plus la sensibilité de notre oeil est très faible aux extrémités du spectre, nous voyons le ciel… bleu, et non violet, car notre “instrument de mesure” n’est pas du tout fidèle.

Le ciel bleu ne l’est pas

Si on mesure avec un véritable capteur d’énergie bien étalonné la façon dont l’intensité lumineuse varie en fonction de la fréquence (ou de la longueur d’onde, qui lui est liée), on trouve bien par contre que le maximum d’intensité diffusée par le ciel bleu se trouve dans le domaine ultraviolet : le ciel bleu n’est pas bleu, il n’est même pas violet, mais il est majoritairement ultraviolet ! On peut représenter graphiquement cette variation en fonction de la longueur d’onde ; je reprends ici un schéma extrait de la version allemande de Wikipedia, qui porte sur un même diagramme les répartitions de la lumière solaire et de la lumière du ciel en fonction de la longueur d’onde :

Répartition de l'intensité de la lumière solaire (courbe rouge) et de la lumière émise par un ciel "bleu" (courbe violette) en fonction de la longueur d'onde.

Répartition de l’intensité de la lumière solaire (courbe rouge) et de la lumière émise par un ciel “bleu” (courbe violette) en fonction de la longueur d’onde, en nanomètres (Wellenlänge = longueur d’onde). On remarque bien que le maximum d’intensité se situe, pour le ciel “bleu”, dans le domaine ultraviolet.

Gilet jaune

Maintenant, comment fonctionne un gilet jaune ? Les petits malins qui croient pouvoir hausser les épaules en disant qu’il ne fonctionne pas mais qu’il se contente d’être jaune ont tort : le gilet jaune n’est pas seulement jaune, il est jaune fluo. Et ça change tout.

Le tour de passe-passe de la fluorescence

Fluo est l’abréviation de fluorescent, une propriété que peut avoir la matière de réémettre de la lumière après en avoir absorbé, de façon quasi-instantanée. Mais la lumière réémise n’est pas nécessairement (et même rarement) de la même couleur que celle absorbée : parce que le photon émis ne peut pas avoir une énergie supérieure à celle du photon absorbé (la conservation de l’énergie est une des lois de la physique les plus intraitables), la longueur d’onde réémise est nécessairement supérieure ou égale à la longueur d’onde absorbée, car à une longueur d’onde supérieure correspond une énergie inférieure. Par exemple, si un photon ultraviolet est absorbé, un photon bleu, ou vert, ou jaune, ou rouge peut être réémis : tous les photons visibles ont des énergies inférieures aux photons ultraviolets.

La seule façon de contourner cette règle énergétique consiste à absorber simultanément deux photons pour en réémettre un seul : là, leurs énergies peuvent s’additionner et la lumière réémise peut donc être de plus grande énergie (donc de plus courte longueur d’onde). Mais c’est un cas très rare.

Ceci nous amène maintenant à comprendre vraiment comment fonctionne le jaune fluo, et pourquoi il ne fonctionne pas toujours de la même manière suivant les conditions d’éclairage ambiant. Si le gilet était seulement jaune (pas fluo), il ne pourrait que “fonctionner” par synthèse soustractive des couleurs (que voilà un mot compliqué pour dire une chose simple) : il recevrait la lumière blanche (qui comprend le jaune, ainsi que toutes les autres couleurs) et ne réémettrait que le jaune, donc une intensité moindre que l’intensité incidente. C’est ainsi que procèdent tous les peintres, avec des pigments.

Mais le jaune “fluo” semble “lumineux”, c’est-à-dire qu’il semble émettre une intensité plus grande que l’intensité de la lumière ambiante. Comment est-ce possible ? En transformant une partie de la lumière invisible pour nous (l’ultraviolet) en lumière visible, et de plus dans une zone de grande sensibilité de l’oeil, le jaune. Le jaune fluo triche avec nos sens, en ramenant dans le domaine visible ce qui nous est invisible, d’où cette impression de grande luminosité.

Travaux pratiques

Mais vous n’êtes pas obligés de me croire ; à vrai dire, je vous conseille même de ne pas me croire, si vous voulez vous comporter en scientifiques : la science ne se base pas sur la croyance, mais sur la démonstration (théorique et expérimentale). Il faut donc tester l’hypothèse du jaune fluo qui ne marche véritablement qu’en présence d’ultraviolet. Pour cela, on peut envisager trois cas :

  1. lumière du jour directe, par beau temps, comportant à la fois de la lumière visible et des ultraviolets, en plus faible quantité (et aussi des infrarouges, mais ils ne nous intéressent pas) ;
  2. lumière artificielle, par exemple d’une lampe à incandescence, quasiment exempte d’ultraviolets car la température du filament est trop faible ;
  3. lumière du jour indirecte, juste après le coucher du soleil, sous un ciel bleu : c’est le cas le plus intéressant car la lumière visible ambiante est très faible, mais la lumière ultraviolette est toujours bien présente via le ciel “bleu”.

Dans quelles conditions d’éclairage le gilet jaune paraîtra-t-il le plus lumineux ? Certainement pas sous éclairage artificiel, car il ne peut alors “fonctionner” que par synthèse soustractive, en absence d’ultraviolets. Mais pas non plus en lumière du jour directe (courbe rouge ci-dessus), car la perception du caractère lumineux ou non d’un objet est relative : un objet se détache de son environnement s’il est plus lumineux que le reste, et non s’il est très lumineux mais que son environnement l’est tout autant ou presque. En lumière du jour directe, la fluorescence du jaune donne bien un avantage de visibilité, mais à la lumière du ciel bleu au crépuscule (courbe violette de la figure ci-dessus), cet avantage est encore plus grand puisque l’ultraviolet est dans ces conditions particulières la lumière la plus intense, et non un simple appoint… mais une lumière que l’on ne voit pas (“lumière noire”), et qui permet d’obtenir de jolis effets comme le savent très bien les organisateurs de spectacles.

Vous pouvez faire l’expérience avec votre gilet jaune (ou un texte surligné au marqueur jaune fluo, c’est pareil) : vous verrez nettement la différence entre ces trois cas.

"lumière noire" (été 2010 au Muséum de Toulouse)

utilisation d’ultra-violets et de fluorescence dans un spectacle (été 2010 au Muséum de Toulouse)

MH17

Mais quel rapport avec la catastrophe du vol MH17, dont on a (avec un empressement suspect) accusé les rebelles pro-Russes et qui, bizarrement, semble tombée dans l’oubli, tout comme celle non élucidée du vol MH370 quelques mois plus tôt (même compagnie, même avion, mêmes couleurs et immatriculation presque identique) ?

Il se trouve dans le témoignage de la secouriste, qui a involontairement fait un rapport expérimental d’une expérience de fluorescence. Retournons lire son témoignage et en extraire le plus intéressant :

00:48    Pendant la nuit ces restes humains brillaient en vert, à cet endroit lorsque la photo a été prise. [NdT : il ne s’agit pas à proprement parler de la nuit mais du crépuscule.]

Comment peut-on interpréter cette observation ? La secouriste décrit ce qu’elle a vu au crépuscule sous un ciel à peu près clair, c’est-à-dire au moment précis où les conditions pour la réalisation d’une expérience de fluorescence naturelle sont réalisées : très faible éclairage ambiant, mais éclairage en “lumière noire” (ultra-violets) par le ciel encore important. Elle précise un peu plus loin dans l’entretien, par ailleurs, que les corps empestaient le formol (solution aqueuse de formaldéhyde ou encore méthanal en nomenclature chimique standard ; on emploie aussi parfois indistinctement les termes formol et formaldéhyde).

Elle ne sait sans doute pas qu’une des propriétés du formaldéhyde, justement, est sa fluorescence : elle est d’ailleurs utilisée dans des appareils de détection de polluants, où un laser à ultra-violets permet de révéler la présence de très faibles quantités de formaldéhyde. Dans cet article (en anglais), par exemple, les auteurs décrivent le fonctionnement d’un tel dispositif, où l’on apprend que le laser utilisé a une longueur d’onde de 355 nm (pas très loin du maximum de diffusion du ciel dit “bleu” !) et que les photons émis par fluorescence du formaldéhyde se situent sur une assez large plage de longueurs d’onde, jusqu’à 500 voire 550 nm. Que représentent ces valeurs en termes de couleurs ? Pour en avoir une idée, superposons une représentation du spectre visible sur la figure 2 de l’article :

fluorescence methanal

Le formol fluoresce jusqu’au vert…

Comme par hasard, on peut en déduire que la couleur percue par l’oeil humain de la fluorescence du formaldéhyde est proche du vert (ou bleu-vert), puisque sa sensibilité dans le violet et l’indigo est très faible : n’oublions pas que nos yeux n’ont rien d’instruments de mesure neutres !

Ainsi, sans le savoir, la secouriste interrogée par Aljona Kotschkina nous a révélé que son observation visuelle des restes humains le soir de cette catastrophe corroborait son impression olfactive : s’il s’agissait bien de formaldéhyde, alors il devait se comporter comme quelque chose qui “brille en vert au crépuscule”. Ce n’est certes pas la seule substance qui le fait… mais le sang humain ne possède pas cette propriété de fluorescence. Pourtant, la police scientifique utilise abondamment les méthodes lumineuses pour détecter les traces de sang humain sur les scènes de crime ; mais elle le fait par chimiluminescence et non fluorescence. Dans ce cas, il est nécessaire de recourir à un composé chimique extérieur dont la réaction avec le fer du sang produit directement de la lumière visible (généralement bleue).

Voici donc un élément de plus qui nous pousse à croire que cette sombre affaire du vol 17 de Malaysia Airlines est bien plus effroyable encore que le “simple” envoi au sol délibéré d’un avion de civils, comme ce fut le cas en 1988 pour le vol Iran Air 655, froidement abattu par un tir de missile du croiseur américain USS Vincennes. Ceux qui font encore appel à leur raison (et non à leurs émotions, fussent-elles nobles) pour résoudre les énigmes doivent garder en tête au moins ceci :

  • les victimes du MH17 semblaient majoritairement asiatiques ;
  • elles transportaient avec elles des affaires d’hiver pour aller à Kuala Lumpur en juillet (le vol MH370 disparu était à destination de Pékin le 8 mars) ;
  • elles ne saignaient pas mais des restes humains s’écoulait un liquide incolore à très forte odeur de formol ;
  • ces restes étaient fluorescents, comme on peut s’y attendre s’agissant de formol et comme on ne peut l’observer pour des restes humains “non préparés”.

Émettre ne serait-ce qu’un seul instant l’hypothèse que la disparition mystérieuse du vol Malaysia Airlines 370 n’ait été qu’un prélude nécessaire à la réalisation, par une bande de psychopathes très puissants, du massacre de masse prémédité de centaines d’innocents vous fera certainement traiter de paranoïaque délirant par tous les gens “sérieux”. Lesquels vous assureront également qu’il est hors de question de remettre en cause la réalité d’une extermination industrielle et planifiée, sur plusieurs années, de millions d’innocents dans des camps de concentration à ciel ouvert, par l’ensemble de l’appareil d’État d’un pays de haute culture européenne.

Comme quoi la logique la plus élémentaire n’est pas la chose la mieux partagée au monde.

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2 commentaires sur “Ciel bleu, gilet jaune et MH17

  1. Je suis complètement dépassé par les explications scientifiques que vous présentez pour expliquer la “couleur” du ciel.
    Je remarque néanmoins que le ciel peut se parer de bien d’autres couleurs, lors des levers ou couchers de soleil par exemple.
    En photographie, on parle de température de la lumière (exprimée en kelvin) et qui détermine sa couleur : la valeur moyenne de 6500 k produisant une lumière blanche, des températures supérieures produisant – paradoxalement ? – une couleur froide tendant vers le bleu, tandis que des températures inférieures émettent des couleurs chaudes, jaune-orangé-rouge.
    Cette température serait donc fonction de la longueur d’onde, fréquence élevée égalant température élevée et inversement ?

    1. Mes explications sont bien sûr valables pour la seule couleur bleue qu’on observe par beau temps et lorsque le soleil n’est pas proche de l’horizon. En termes scientifiques, elle est due à ce qu’on appelle la diffusion Rayleigh comme je l’indique dans l’article.

      La température de couleur dont vous parlez est celle du corps noir qui donne le même rayonnement ; j’aborde brièvement le sujet dans cet article. Il s’agit là de la température de la source lumineuse, alors que le ciel n’est pas une source mais une sorte de “filtre” qui renvoie vers l’observateur une partie du spectre émis par la source (ici le Soleil).

      En effet plus la température (de la source) est élevée plus on trouvera dans son spectre d’émission des photons de haute énergie, donc de haute fréquence ou de basse longueur d’onde. La perception des couleurs est un domaine passionnant mais attention, elle recourt à des notions qui dépassent largement la physique et qui sont liées aux capteurs, très imparfaits, que nous avons : non seulement l’œil mais aussi le cerveau !

      Si vous avez envie de creuser le sujet je vous propose de lire les planches d’un cours que je donnais il y a quelques années, en accès libre (ouvrir la rubrique “Documents”) :

      https://webcampus.univ-pau.fr/courses/TLP4966X/index.php

      PS : De façon paradoxale, c’est la même loi qui explique pourquoi le ciel est bleu (en journée) et pourquoi il est rougeoyant au coucher du Soleil.

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