Effet Tyndall : Pourquoi le ciel est-il bleu ?

Dans l'ensemble de l'histoire, de nombreux scientifiques ont cherché à comprendre comment fonctionne la nature.

Dans sa forme la plus pure, il s’agit simplement de cela : le désir de comprendre, sans se soucier de l’utilité ou de la rentabilité des découvertes.

Certains appellent cette approche de la science « recherche motivée par la curiosité » ou « recherche sans frontières ».

L'un des meilleurs exemples des praticiens de cette forme pure de découverte est le physicien irlandais John Tyndall (1820-1893).

Il s’agit d’un chercheur qui a apporté d’énormes contributions à la science, comme prouver l’origine des maladies aéroportées et démontrer qu’un respirateur en coton pouvait filtrer les germes.

Aujourd'hui, le Programme des nations unies pour le milieu ambiant (PNUMA) a pour effet de contaminer l'air comme «la plus grande mesure d'amener l'environnement pour la santé publique au niveau mondial» , calculé pour provoquer la mort prématurée d'environ 7 millions de personnes dans tout le monde. .

Leur travail est particulièrement important en cette Journée internationale de l'air pur pour un ciel bleu.

"Le paradis dans une boîte"

En plus d'être un érudit, Tyndall était un romantique.

Pratiquer le montanisme et passer beaucoup de temps dans les Alpes. Au menu, il y a une pause pour attendre les puestas de Sol et sa magnifique gamme de couleurs l'a extasié.

C’est pourquoi il a entrepris de les comprendre et, ce faisant, a réussi à inspirer des générations de scientifiques à mener des recherches fondamentales .

Sa curiosité sans bornes et son intérêt pour la nature l'ont amené à explorer un large éventail de sujets et à faire de nombreuses découvertes essentielles pour la science.

C'est lui, par exemple, qui a démontré pour la première fois que les gaz présents dans l'atmosphère absorbent la chaleur à des degrés très différents, découvrant ainsi les bases moléculaires de l'effet de serre .

Il est vrai que certains considèrent Tyndall comme l'un des cofondateurs de la science du climat.

Pour trouver des réponses à ses diverses questions, il a inventé des expériences pour lesquelles il a construit plusieurs dispositifs, certains très sophistiqués, qui nécessitaient également une compréhension théorique approfondie et d'énormes compétences.

Mais lorsqu'il a voulu savoir pourquoi le ciel était bleu pendant la journée et rouge au crépuscule, les instruments qu'il a utilisés étaient simples .

Il a fabriqué un simple tube de verre pour simuler le ciel et a utilisé une lumière blanche à une extrémité pour simuler la lumière du soleil.

Il a découvert que lorsqu'il remplissait progressivement le tube de fumée, le faisceau de lumière apparaissait bleu d'un côté mais rouge de l'autre extrémité.

Il s'est rendu compte que la couleur du ciel est le résultat de la diffusion de la lumière solaire par les particules de la haute atmosphère , dans ce que l'on appelle maintenant « l'effet Tyndall ».

Un autre de ses dispositifs était encore plus simple.

Il s'agissait d'un réservoir en verre rempli d'eau, auquel il ajoutait quelques gouttes de lait.

Le lait a pour effet d'introduire des particules dans le liquide.

Une fois la recette simple prête, Tyndall a allumé une lumière blanche à l'une des extrémités du réservoir.

Immédiatement, il a vu le réservoir s'illuminer de différentes couleurs.

Tyndall est fasciné par l'expérience. Dans son style typiquement poétique, il l'a décrite comme « le paradis dans une boîte ».

D'un côté de la cuve, la solution était bleue. Mais en passant de l'autre côté, elle devient plus jaune, puis orange et même rouge, comme un coucher de soleil.

Du bleu aux couleurs du coucher de soleil

Tyndall savait que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

Il a donc pensé que l'explication du phénomène qui le captivait tant était que la lumière bleue était plus susceptible de rebondir et de se disperser sur les particules de lait dans l'eau.

Nous savons aujourd'hui que cela est dû au fait que la lumière bleue a une longueur d'onde plus courte que les autres couleurs de la lumière visible.

Cela signifie que la lumière bleue est la première à se disperser dans le liquide.

C'est pourquoi la partie la plus proche de la source lumineuse apparaît bleue.

C'est également la raison pour laquelle le ciel est bleu : parce que la lumière bleue du soleil a plus de chances de se disperser dans l'atmosphère.

Mais le réservoir explique aussi les couleurs du coucher de soleil.

À mesure que la lumière pénètre plus profondément dans l'eau laiteuse, toutes les petites longueurs d'onde de la lumière sont dispersées, ne laissant que les grandes longueurs d'onde de l'orange et du rouge.

L'eau devient alors de plus en plus orange et, si le réservoir est suffisamment long, rouge.

C'est ce qui se passe avec le ciel.

Lorsque le soleil se couche plus bas, sa lumière doit traverser une plus grande partie de l'atmosphère, de sorte que les courtes longueurs d'onde bleues sont complètement dispersées, ne laissant que la lumière orange et rouge, ce qui donne au ciel ces teintes au coucher du soleil.

Nous savons aujourd'hui que la lumière est principalement diffusée par les molécules d'air, et non par les particules de poussière, comme le pensait Tyndall.

Mais si son explication était erronée dans les détails, elle était tout à fait correcte dans son principe.

En fait, c'est l'interprétation erronée de ses résultats qui a conduit Tyndall à faire sa découverte la plus importante.

Une boîte et de la poussière

En scientifique curieux, Tyndall décida de poursuivre ses expériences.

Il a donc pris une boîte d'air remplie de poussière et l'a laissée se déposer pendant des jours et des jours.

Il a appelé cet échantillon, avec toute la poussière déposée, « air optiquement pur ».

Il a ensuite commencé à placer des objets dans la boîte pour voir ce qui se passerait : il a d'abord mis un morceau de viande, puis du poisson, et il a même ajouté des échantillons de sa propre urine.

Il a alors remarqué quelque chose de très intéressant. Ni la viande ni le poisson n'ont pourri, et son urine ne s'est pas troublée. Elle « est restée aussi claire que du sherry frais », a-t-il déclaré.

Ce qu'il avait créé n'était pas de l'air exempt de poussière ou optiquement pur.

Sans s'en rendre compte, Tyndall l'avait stérilisé. Il a laissé toutes les bactéries se déposer et se coller au fond de la boîte.

L'air était exempt de germes.

Ce n'était peut-être pas son intention première, mais Tyndall a apporté des preuves décisives à une théorie controversée de l'époque : la décomposition et la maladie sont causées par les microbes présents dans l'air.

Il a également montré que la laine de coton était un moyen de filtrer la poussière. Des expériences ultérieures ont montré que le processus de filtrage était le plus efficace lorsqu'il était appliqué à la respiration humaine.

Tyndall était un homme qui effectuait des recherches dans le seul but d'acquérir des connaissances, sans a priori lié à un problème du monde réel.

Il n'avait pas l'intention de découvrir l'origine des maladies transmises par l'air lorsqu'il a commencé à explorer les couleurs du ciel, mais c'est exactement ce qu'il a fait.

En fait, son cas rend très approprié l'autre nom donné à ce type de recherche par curiosité en anglais (et utilisé dans une moindre mesure en espagnol) : « blue-sky investigation » (enquête sur le ciel bleu).

*Cet article est une mise à jour d’un autre initialement publié en 2019.