Les tribulations d’un astronome

Le rayon vert

mercredi 2 juin 2010 par Guillaume Blanc

Il est des phénomènes naturels entourés de quelque aura de mystère. D’autant plus quand le-dit phénomène est difficile à observer, donc rare, et qui plus est fugace. Ainsi en est-il du rayon vert.

Ce « fameux » rayon vert ne fait pas référence à quelque rayon de la mort dans quelque série Z hollywoodienne (encore que, ma culture en ce domaine étant proche de zéro, sait-on jamais), mais bel et bien à un joli phénomène physique comme la nature sait si bien nous en offrir. Évidemment le rayon vert se mérite. On peut difficilement le voir sans connaître son existence.

Je pense que tout le monde en a entendu parlé, mais probablement bien peu savent ce dont il s’agit exactement. Peut-être que ce qui l’a mis au goût du jour, c’est ce fameux roman de Jules Verne, « le rayon vert ».

Ce petit roman campe une ravissante jeune femme, Helena Campbell, issue de l’aristocratie d’Outre-Manche, qui décide, au grand dam de ses oncles, de ne pas se marier avant d’avoir vu le rayon vert. Caprice de jeune fille pour échapper à l’horrible prétendant que ses oncles peu enclin envers la matière amoureuse voudrait lui voir épouser :

« — Me marier ! moi ! s’écria Miss Campbell, qui partit du plus joyeux éclat de rire que les échos du hall eussent jamais répété.

— Tu ne veux pas te marier ? dit le frère Sam.

— À quoi bon ?

— Jamais ?... dit le frère Sib.

— Jamais, répondit Miss Campbell, en prenant un air sérieux que démentait sa bouche souriante, jamais mes oncles... du moins tant que je n’aurai pas vu...

— Quoi donc ? s’écrièrent le frère Sam et le frère Sib.

— Tant que je n’aurai pas vu le Rayon-Vert. »

C’est en effet un article dans le journal « Morning Post » qui a attisé la curiosité de Miss Campbell : « Avez-vous quelquefois observé le soleil qui se couche sur un horizon de mer ? Oui ! sans doute. L’avez-vous suivi jusqu’au moment où, la partie supérieure de son disque effleurant la ligne d’eau, il va disparaître ? C’est très probable. Mais avez-vous remarqué le phénomène qui se produit à l’instant précis où l’astre radieux lance son dernier rayon, si le ciel, dégagé de brumes, est alors d’une pureté parfaite ? Non ! peut-être. Eh bien, la première fois vous trouverez l’occasion — elle se présente très rarement — de faire cette observation, ce ne sera pas, comme on pourrait le croire, un rayon rouge qui viendra frapper la rétine de votre œil, ce sera un rayon « vert », mais d’un vert merveilleux, d’un vert qu’aucun peintre ne peut obtenir sur sa palette, d’un vert dont la nature, ni dans la teinte si variée des végétaux, ni dans la couleur des mers les plus limpides, n’a jamais reproduit la nuance ! S’il y a du vert dans le Paradis, ce ne peut être que ce vert-là, qui est, sans doute, le vrai vert de l’Espérance ! »

Ce qui retient l’attention de cette jeune femme, c’est une vieille légende écossaise, affirmant que « ce rayon a pour vertu de faire que celui qui l’a vu ne peut plus se tromper dans les choses de sentiment ; c’est que son apparition détruit illusions et mensonges ; c’est que celui qui a été assez heureux pour l’apercevoir une fois, voit clair dans son cœur et dans celui des autres. » Quoi d’autre aurait pu enflammer l’imagination d’une jeune fille en fleur ?

Cédant donc à sa volonté, une expédition est organisée vers la côte ouest de l’Écosse, vers l’endroit le plus propice pour voir ce « rayon vert ». La cohorte se retrouvera ainsi dans une station balnéaire de l’archipel des Hébrides. Le prétendant s’y trouve également, sorte de « savant » excentrique au nom aussi révulsant que sa technique de drague : Aristobulus Ursiclos. Savant, ou prétendu tel, qui n’aura de cesse de s’ingénier à contrecarrer les projets de Miss Campbell, le plus souvent sans même le faire exprès, d’ailleurs.

Bien évidemment, Helena Campbelle rencontrera l’amour au cours de son périple, non pas en la personne de l’infortuné Aristobulus Ursiclos, « avec sa manie de tout réduire à des formules scientifiques », mais en la personne d’un jeune peintre « ne vivant que dans l’idéal, qui dédaigne les causes et contente des impressions. » Après moult péripéties, les conditions sont enfin réunies pour l’observation de phénomène qui cristallise les esprits, « au moment où le soleil dardait son dernier rayon à travers l’espace, leurs regards se croisaient, ils s’oubliaient tous deux dans la même contemplation !... »

La magie du rayon vert avait fait son œuvre.

Je ne suis pas sûr de la véracité de cette légende des Highlands, toujours est-il que j’ai eu la chance de voir ce rayon vert par trois fois, jamais à l’œil nu, mais à travers le téléobjectif de mon appareil photo. La première fois, ce fut à l’observatoire de la Silla au Chili, qui m’avait réservé d’époustouflants couchers de Soleil chaque soir que j’ai passé là-bas. J’ai pu — cru ? — voir le phénomène une fois. Je l’ai revu lors de mon séjour à San Francisco, depuis le labo où je travaillais, qui se trouve sur les collines en contre-haut de Berkeley, avec une vue splendide sur la Baie de San Francisco et le pont du Golden Gate. De là, les couchers de soleil étaient phénoménaux. Le rayon vert, je l’ai vraiment vu, alors. Une fois seulement. Et je l’ai même photographié. Et puis je l’ai revu du pont supérieur d’un car-ferry en mer Celtique, entre l’Irlande et la France, et rephotographié.

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Coucher de Soleil sur la Baie de San Francisco
Vu depuis les hauteurs de Berkeley ; à droite, le Golden Gate Bridge.
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Coucher de Soleil sur la Baie de San Francisco
Zoom sur le dernier rayon de Soleil : une coloration verdâtre est — clairement ? — visible.
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Coucher de Soleil sur la Baie de San Francisco
Rayon vert et pilier du Golden Gate Bridge.
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Coucher de Soleil sur la Baie de San Francisco
L’instant d’après...
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Coucher de Soleil sur la Baie de San Francisco
Le rayon vert est là !
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Coucher de soleil en mer Celtique
Où l’on voit une coloration verdâtre sur le sommet du disque solaire...
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Coucher de soleil en mer Celtique
Une seconde plus tard, le rayon vert est toujours là.

Quant à prétendre si désormais je vois clair dans mes sentiments et ceux des autres ? Ça, c’est une autre histoire...

Le cinéaste Éric Rohmer a repris cette légende colportée par Jules Verne dans son film « le rayon vert ». J’ai vu ce film. Je l’ai trouvé niais, mal joué, mal tourné. J’ai eu l’impression de voir un film amateur. Ce qui fait le charme de nombre de films d’Éric Rohmer, paraît-il... La preuve, il a obtenu le Lion d’Or au festival de Venise 1986. Histoire d’une jeune fille seule, en quête du grand amour, qui erre seule dans une station balnéaire, Biarritz. La légende du rayon vert en filigrane. Rien de transcendant, en somme !

Mais alors, ce rayon vert, c’est quoi ?

Tout vient de la réfraction chromatique de l’atmosphère. La lumière visible étant une petite partie du spectre électromagnétique, qui s’étant des rayons gamma aux ondes radio. Nos yeux sont sensibles uniquement aux ondes visibles, celles qu’émet le Soleil en majorité. Ces ondes se propagent en ligne droite dans un milieu homogène. Mais dès qu’elles pénètrent dans un milieu différent, transparent, la direction de leur trajectoire change, on dit qu’elles sont réfractées. C’est pour ça que le bâton plongé dans l’eau donnera l’impression d’être brisé à l’observateur extérieur. La façon dont est réfractée la lumière dépend de matériau traversé. L’« indice de réfraction », qui dépend du matériau, permet de quantifier tout cela. La loi de Snell-Descartes dit que plus l’écart entre les indices est grand, plus la déviation sera importante, déviation d’autant importante que l’incidence est rasante, loin de la normale à l’interface. Par ailleurs, selon le matériau, l’indice peut varier en fonction de la longueur d’onde, c’est-à-dire en fonction de la couleur. Ainsi pour l’air, l’indice de réfraction du bleu est plus grand que celui du rouge. Oh, la différence est minime, à peine décelable !

Donc un rayon lumineux issu du Soleil se propageant d’abord dans le vide, puis rencontrant une couche d’air, se verra plus intensément dévié de sa trajectoire s’il est bleu que s’il est rouge. Et ce d’autant plus qu’il pénètre dans l’air avec une incidence rasante. Au zénith, un rayon lumineux issu du Soleil ne sera pas dévié. C’est quand le Soleil pointe son nez vers l’horizon que sa lumière subit une incidence de plus en plus rasante en pénétrant dans l’atmosphère. C’est donc à ce moment-là que les rayons rouges et bleus vont avoir le plus de chances de se séparer.

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Parfois un petit dessin vaut mieux qu’un long discours, donc voici l’illustration que ce que j’essaye de dire. L’observateur (vous, moi, nous, quoi), verra un disque solaire « apparent » dont les différentes composantes colorées seront légèrement décalées les unes par rapport aux autres. Tout se passe comme si des disques de couleurs différentes, et un peu de guingois, se couchaient sur l’horizon successivement. La partie « rouge », plus basse, se couchera donc la première. La partie « bleue », plus haute, se couchera la dernière. La partie rouge, première au lit, sera noyée dans toutes les autres couleurs, elle est donc invisible dans son unicité ; ce n’est donc pas ça qui explique la couleur rouge du Soleil couchant. En revanche, quand le bord supérieur de la partie bleu du disque solaire se couchera, il sera le dernier. L’intense éclat du disque aura disparu. Un observateur attentif pourra donc voir un dernier rayon de Soleil... bleu !

Sauf que la lumière bleue est diffusée très facilement par l’atmosphère. Cela signifie que la lumière correspondant à cette partie du spectre de la lumière du Soleil, ne nous parvient pas directement, mais s’amuse a jouer aux boules sur les molécules de l’atmosphère : rebondissant joyeusement d’une molécule à l’autre, elle s’étale un peu partout, conférant au passage cette superbe couleur bleu-azur au ciel. Plus la quantité d’air traversée est importante, plus le phénomène est intense. Si le bleu s’amuse en cours de route, en revanche le rouge nous arrive directement. C’est pourquoi le Soleil couchant, dont la lumière doit traverser une couche d’air plus épaisse, nous apparaît rouge. Simplement parce que le bleu s’en est allé voir ailleurs !

Ceci explique aussi pourquoi le dernier rayon du Soleil n’est en fait pas bleu, mais vert. Le « rayon bleu » est très très difficile à voir, car les molécules de l’atmosphère ont tendance à le chahuter ! Mais il nous reste le « rayon vert », qui reste néanmoins difficile d’apercevoir, comme pourrait en témoigner Miss Campbell !

Comment faire pour voir ce fameux « rayon vert » ?

C’est un phénomène très ténu, difficile à voir à l’œil nu, et de surcroît très fugace, il ne dure que quelques secondes tout au plus. Mais peut-être est-ce toute cette difficulté qui en fait son charme !

Pour mettre toutes les chances de son côté et voir le rayon vert, il faut choisir un horizon ouest bien dégagé. Plus le ciel est clair et pur à l’endroit où le Soleil se couche, plus vous avez de chances de l’apercevoir. Typiquement, le mieux est d’être en mer ou au bord de la mer, comme Miss Campbell, ou encore en montagne, à condition que l’horizon concerné ne soit pas bouché.

Ensuite, pendant que le disque solaire entame sa lente descente par-delà l’horizon, il faut absolument éviter de le regarder directement : la lumière est trop intense, elle risquerait de vous abîmer la rétine. En outre vos pupilles seraient trop dilatées et vous louperiez le dernier rayon, qui lui est très peu intense. Il n’y a pas de recette miracle, il faut tenter sa chance dès que les conditions météorologiques et géographiques le permettent...

Il est également plus facile de le voir dans une paire de jumelles. Mais gare là encore, à ne pointer votre engin vers le Soleil que lorsque celui-ci est quasi-couché : l’intense éclat, amplifié par les lentilles auraient raison de vos yeux, si précieux par ailleurs.

Bien évidemment, le phénomène est symétrique et a lieu également au lever du Soleil : dans ce cas, le rayon vert sera le premier éclat du Soleil levant. Mais il n’est pas évident de prévoir avec précision où le premier rayon du rayon pointera le bout de son nez de par-delà l’horizon (est, cette fois) ; il est donc plus simple de tenter sa chance au coucher du Soleil...


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