La nuit, tous les chats sont bleus

Même quand la pleine lune brille de tous... (123RF/Markus Gann)

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Même quand la pleine lune brille de tous ses feux, sa lumière demeure quand même 400 000 fois plus faible que celle du Soleil.

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(Québec) CHRONIQUE / «La couleur que nous percevons des objets est celle qui n'a pas été absorbée. C'est la couleur qui est réfléchie par ce qui nous entoure. Or les soirs de pleine lune, loin des lumières de la ville, tout prend une teinte grisâtre à l'extérieur. Est-ce à dire que cette couleur est la même que Neil Armstrong a vue lors de son séjour sur la Lune?» demande Pierre Ruel, de Lévis.

Non, en fait, les missions lunaires se sont toutes déroulées «en plein soleil», sur la face éclairée de la Lune. Étant illuminés directement par notre étoile, les astronautes y voyaient essentiellement comme sur le plancher des vaches en plein jour. En outre, ils n'y sont jamais restés assez longtemps pour que la nuit finisse par tomber à l'endroit où ils se trouvaient : la Lune tourne sur elle-même à la même vitesse qu'elle tourne autour de la Terre, soit en 28 jours et des poussières, et la plus longue mission lunaire de la NASA, Apollo 17, est restée chez les sélénites à peine plus de trois jours.

Mais cette histoire de nuit qui donne la même teinte grisâtre à tout ce qui bouge (ou non) vaut la peine qu'on s'y attarde. Car ce n'est pas une nature particulière de la lumière que nous recevons de la Lune qui la cause, mais d'abord une question d'intensité lumineuse.

La nuit, comme on le sait, la Terre n'est pas éclairée directement, mais de manière indirecte : on doit se contenter de la partie de la lumière du Soleil qui est réfléchie par la Lune.

Or cela n'en laisse pas beaucoup. La taille de notre satellite naturel est, pour un, nettement plus petite que celle de la Terre, et il en va de la Lune comme de n'importe quelle autre surface réfléchissante, c'est-à-dire que plus un miroir est petit, plus la quantité de lumière qu'il est capable de réfléchir est réduite. À environ 1740 km, le rayon lunaire équivaut à peine à plus du quart de celui de notre planète (0,2527, pour être exact), si bien que sa superficie est égale à 0,2527^2 = 0,07 fois celle de la Terre, ou 7 %. C'est dire que même si toute la lumière que reçoit la moitié éclairée de la Lune était entièrement dirigée vers la moitié sombre de la Terre, la luminosité des soirs de pleine lune serait de seulement 7 % celle du jour.

C'est peu, mais c'est encore très, très largement supérieur à ce que nous recevons réellement, car en fait de miroir, la Lune est - si l'on nous permet cette mauvaise anagramme - pas mal «nule». En fait, notre satellite naturel ne renvoie qu'entre 12 et 14 % de la lumière du Soleil, et comme la Lune est ronde, elle ne reflète pas cette lumière uniquement vers la Terre, mais dans un peu toutes les directions. Quand on prend tout cela en compte, on arrive à un chiffre qui donne un léger vertige : même quand la pleine lune brille de tous ses feux, sa lumière demeure quand même 400 000 fois plus faible que celle du Soleil. Quatre cent mille fois!

C'en est à se demander comment on fait pour voir encore... Et c'est précisément la bonne question à poser pour comprendre pourquoi tout nous apparaît gris.

Deux types de cellules

Il y a deux types de cellules qui tapissent le fond de l'oeil humain et qui, chacun à sa manière, capte la lumière. Il y a d'abord des «cellules en cônes», au nombre de 6 à 7 millions concentrés dans le centre de l'oeil et qui ont la faculté bien pratique de distinguer les couleurs. Tout autour sont distribués environ 120 millions de «cellules en bâtonnet» qui eux ne font pas la différence entre les couleurs - ce qui signifie qu'ils «voient» en noir et blanc.

Mais ils ont un avantage sur les cônes : ils sont beaucoup, beaucoup plus sensibles, n'ayant besoin que d'environ 1000 fois moins de lumière que les cônes pour percevoir quelque chose. Ainsi la nuit, même sous la pleine lune, il n'y a pas assez de lumière pour déclencher un signal chez les cônes, mais suffisamment pour que les bâtonnets fonctionnent. C'est la raison pour laquelle on perd les couleurs sous la lumière de la Lune.

On comprend donc pourquoi on dit que «la nuit, tous les chats sont gris». C'est parce qu'ils le sont, essentiellement, comme à peu près tout le reste d'ailleurs. Hormis un «petit détail» de rien du tout... qui est en fait plutôt une «grosse incongruité», à vrai dire. En effet, s'il n'y a que les bâtonnets qui voient la nuit et qu'ils n'envoient des signaux qu'en noir et blanc, alors d'où vient la teinte bleutée si caractéristique des paysages nocturnes - du moins sous la Lune et loin des lumières artificielles de la ville?

«Effet de Purkinje»

Ce phénomène, nommé «effet de Purkinje», tient à deux choses. Primo, les cônes de l'oeil humain se répartissent en trois sortes qui se «spécialisent» dans la perception d'une couleur en particulier. L'immense majorité capte soit le rouge (64%), soit le vert (32%), et une toute petite minorité de 2% se charge de glaner le bleu. Or voilà, cette petite minorité est moins concentrée dans le centre de l'oeil que les autres, et donc plus mélangée aux bâtonnets que les autres.

Et deuxio, il existe des interconnexions entre certains bâtonnets et certains des nerfs qui transmettent les signaux des cônes. Si l'on donne le temps à nos yeux de s'habituer à une très faible lumière, les bâtonnets vont utiliser ces interconnections pour envoyer leurs signaux à la fois dans «leurs» nerfs à eux et dans certains nerfs de cônes, afin d'amplifier la perception. Et comme les cônes voisins sont surtout des «bleus», on a l'impression que tout devient bleuté sous la Lune.

Sources:

  • Tony Phillips, Strange Moonlight, Science@NASA, 2006, http://goo.gl/sCIIf7
  • Saad Masood Khan et Sumanta N. Pattanaik, Modeling Blue shift in Moonlit Scenes by Rod Cone Interaction, Journal of Vision, 2004, http://goo.gl/KEwGqw

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