Ce phénomène bien connu est un effet de serre, c'est-à-dire que la vitre de la voiture laisse entrer de l'énergie - la lumière du soleil - et ne la laisse plus s'échapper. Le vrai mystère est donc celui-ci: comment se fait-il que des rayons passent à travers la vitre dans un sens, mais pas dans l'autre?
Ce phénomène bien connu est un effet de serre, c'est-à-dire que la vitre de la voiture laisse entrer de l'énergie - la lumière du soleil - et ne la laisse plus s'échapper. Le vrai mystère est donc celui-ci: comment se fait-il que des rayons passent à travers la vitre dans un sens, mais pas dans l'autre?
Pour bien le comprendre, il faut d'abord jeter un coup d'oeil à la nature de la lumière et à sa façon d'interagir avec la matière. La lumière est une onde électromagnétique, soit de l'énergie électrique et magnétique qui se propage en oscillant comme une vague. Notons que les ondes électromagnétiques ne transportent pas toutes la même quantité d'énergie, mais que celle-ci est liée à une caractéristique de l'onde, la fréquence, qui est le nombre de «sommets de vague» émis par seconde. Ainsi, plus la fréquence est grande, plus l'énergie transportée est importante. Les fréquences plus basses que la lumière, comme les infrarouges, transportent donc moins d'énergie, tandis que les fréquences plus hautes, comme les ultraviolets, sont plus énergétiques.
Retenons cette idée selon laquelle une fréquence correspond à une certaine quantité d'énergie, car elle est essentielle pour ce qui suit.
En effet, dans les atomes, ce sont surtout les électrons qui interagissent avec les fréquences de la lumière visible, dit Guy Ross, physicien à l'Institut national de la recherche scientifique. Ces électrons virevoltent autour du noyau des atomes (en obéissant toutefois à certaines règles). Dans le cas de la vitre, la loi qui nous intéresse veut que les électrons se répartissent sur des sortes «d'étages» et qu'il leur est impossible de voyager entre deux paliers.
Les électrons ont toujours tendance à circuler sur les étages les plus proches du noyau, dans la mesure où il y reste de la place. Les électrons remplissent donc ces paliers un peu comme des grains de riz dans une tasse à mesurer: une fois que le palier le plus bas est «plein», ils occupent le deuxième, puis le suivant, etc.
Il peut cependant rester des étages inoccupés au-dessus des derniers électrons. Ceux-ci peuvent d'ailleurs y monter momentanément, mais seulement si la bonne quantité d'énergie nécessaire leur est fournie - les trajets entre deux étages étant impossibles.
Et c'est ici que nos fréquences du début prennent toute leur importance. Quand un rayon de lumière frappe un objet, certaines de ses fréquences transportent l'énergie requise pour faire sauter un électron. Arrivé en haut, celui-ci redescendra presque aussitôt à sa position d'origine, en émettant un ou des rayons équivalents à celui qui l'a fait grimper.
Dans le cas des vitres des voitures, cependant, l'étage inoccupé le plus proche est trop éloigné pour qu'un électron puisse s'y rendre avec l'énergie charriée par la lumière visible. C'est pour cette raison que la vitre est transparente.
Pendant ce temps, à l'intérieur de la voiture (comme partout ailleurs), les atomes et les molécules oscillent constamment. Puisque les atomes contiennent des particules électriquement chargées, les protons et les électrons, ces vibrations produisent elles aussi des ondes électromagnétiques - à des fréquences trop basses pour être visibles, cependant. Ce rayonnement des coussins et du tableau de bord sera accentué par la lumière du soleil et, à partir d'une certaine température, deviendra infrarouge, nous a écrit par courriel François Martin, lui aussi physicien à l'INRS.
Or, et c'est là tout le drame de notre automobiliste qui mijote, la vitre ne laisse pas passer les fréquences infrarouges, contrairement aux rayons visibles. En effet, dit M. Martin, les infrarouges n'interagissent pas avec les électrons, mais font vibrer les molécules au complet - ce qui, encore une fois, signifie que la vitre s'échauffe.
À son tour, donc, la vitre rayonnera plus fortement dans l'infrarouge, et une partie de ces émissions ira vers l'intérieur de la voiture. Et c'est ainsi que nos rayons solaires du départ demeureront «prisonniers» de la voiture.
Sources: Stephen Hawking, Une brève histoire du temps, 1988 Pablo Jensen, Des atomes dans mon café crème, 2001