LA CHRONIQUE DE « Doc Carbur » N° 14
Noir c'est noir...

 

 

Vous avez tous un jour ou l’autre éteint votre lampe de casque au fond d’une cavité, par curiosité, pour faire peur à un novice ou par souci d’économie d’énergie. Et la première fois que vous avez fait cette expérience, vous êtes entré en contact éphémère avec LE noir, le seul, le vrai, celui qui prive vos sens d’une fonction qui vous semblait inaliénable.

Jamais au plus profond de la nuit on ne peut rencontrer une obscurité pareille à celle des cavités où pas un photon n’entre. Pas de Lune, pas d’étoiles et, n’en déplaise aux «Lutins bleus» pas d’alouettes phosphorescentes ; du noir rien que du noir… Il était donc naturel que Doc Carbur se penche sur la question. Notre petite causerie nous amènera donc à disserter sur le noir en tant que couleur, mais aussi sur la matière noire de l’Univers et même sur le noir de fumée.

1.Noir : est-ce une couleur au moins ?

La couleur a été, avant de devenir un champ d’étude scientifique, une notion typiquement culturelle, sociétale et philosophique : donc en perpétuelle évolution. L’attribution de la qualité de couleur à part entière au noir est très dépendante des choix artistiques, des époques et des modes : c’est ainsi qu’il est passé en quelques millénaires, dans nos régions, du statut enviable de premier tracé pariétal néolithique (charbon de bois, oxyde de manganèse) à celui de couleur du deuil. Au cours de l’époque contemporaine récente, on l’a souvent déterminé par opposition au blanc qui serait la couleur finale et aboutie. Il y aurait donc quelque part le blanc, son inverse le noir, et enfin les véritables couleurs qui seraient au-delà de ces deux premières ; l’opposition de l’image noir et blanc (photo, cinéma, télévision) à l’image dite « en couleurs » y est pour beaucoup. Mais peu importe, pour le spéléologue, le noir est avant tout l’absence de lumière liée à la panne d’éclairage, qui peut être amusante si elle ne dure pas trop longtemps ou dramatique si elle survient dans des conditions critiques. C’est donc de cette lumière solaire, à laquelle les spéléos essayent d’échapper le plus souvent possible, que nous allons parler maintenant.

La lumière solaire est une lumière complexe, en ce sens qu’elle est composée d’une palette de rayonnements comprenant de nombreuses longueurs d’ondes différentes. C’est Newton (1642-1727) qui le premier semble avoir démontré cela au cours de ses travaux d’optique grâce à l’expérience de décomposition de la lumière blanche à travers un prisme. Ce phénomène est d’ailleurs observable quotidiennement sur Terre depuis des millions d’années à chaque fois que se forme un arc-en-ciel, encore fallait-il l’interpréter correctement. Étrangement pourtant, le noir et le blanc peuvent tous deux être issus de la combinaison de l’ensemble des autres couleurs. Comment le mélange de teintes variées (et choisies correctement) peut-il donner soit du blanc, soit du noir ?

En réalité il s’agit de deux phénomènes physiques bien différents. Si vous mélangez correctement des lumières colorées fondamentales et saturées (bleu-violet, vert et rouge) vous pouvez obtenir une lumière d’apparence blanche (donc incolore) : c’est le phénomène de la synthèse additive (qu’on pourrait assimiler à l’inverse de celui qui se produit dans le prisme). On peut faire l’expérience assez facilement en faisant tourner un disque coloré aux couleurs fondamentales : avec la vitesse, le disque apparaîtra blanc. Par contre, si vous mélangez des peintures de différentes couleurs, vous savez bien depuis vos premiers pas à la crèche ou en maternelle, que le résultat se rapproche bien plus du marron foncé ou du noir que du blanc. Pourquoi ?

Il nous faut ici parler de la couleur non pas de la lumière, mais des corps. En effet votre gouache n’est autre qu’un corps pâteux contenant des pigments qui lui donnent une certaine couleur. Pourquoi le contenu du tube de vermillon est-il rouge ? C’est le phénomène de diffusion qui entre en jeu, soit en quelque sorte la partie de la lumière reçue qui rebondit dans les couches supérieures de la peinture puis revient vers votre œil. Si le vermillon est rouge c’est parce qu’il contient une matière (un pigment soigneusement choisi par le fabriquant) qui renvoie surtout la longueur d’onde correspondant au rouge et absorbe beaucoup plus les autres. La peinture blanche diffuse de la même façon et dans toutes les directions l’ensemble des longueurs d’ondes qu’elle reçoit et la peinture noire absorbe fortement et de façon équivalente toutes les composantes de la lumière reçue. Attention, cela ne signifie pas qu’une tache d’encre noire ne renvoie aucun rayonnement lumineux car dans ce cas votre tache disparaîtrait et se transformerait en trou noir (nous en reparlerons plus loin) : elle renvoie simplement peu de rayonnement lumineux dans l’ensemble des longueurs d’onde reçues et de façon équilibrée. Du coup, si vous mélangez tout un tas de peintures, vous vous trouvez avec un corps qui absorbe à peu près équitablement tous les rayonnements et qui est donc sombre.

Pour en terminer avec cette couleur noire, n’oublions pas que, comme elle absorbe beaucoup la lumière, elle est très utile dans tous les systèmes de chauffage solaire puisqu’elle en capte aussi l’énergie beaucoup plus aisément que toute autre couleur. Si vous voulez que votre voiture ne soit pas une fournaise dès les premiers rayons de soleil, prenez-la donc blanche plutôt que noire, quant à votre combi de spéléo, vous pouvez choisir la teinte qu’il vous plaira ce n’est pas le rayonnement solaire qui nous gêne beaucoup sous terre…

2.La noirceur de l’Univers ce n’est pas rien.

  • La matière noire.

o Expliquer l’Univers observé.

Les travaux des astrophysiciens ont pour but d’établir des théories bâties sur des lois qui peuvent expliquer la part observable de l’Univers et qui sont, de plus, vérifiables par l’expérimentation. En astrophysique, il arrive parfois que la théorie devance la confirmation, ou la réfutation, expérimentale de plusieurs années ou décennies. En effet, il n’est pas aisé de reproduire des situations galactiques en laboratoire ! Les conditions de température et de pression réunies au moment du Big-Bang ou celles, pourtant plus fréquentes dans l’Univers, que l’on rencontre au sein des trous noirs sont impossibles à créer par expérimentation : il faut donc se contenter d’approximations assez lointaines demandant pourtant des appareillages complexes et coûteux comme le accélérateurs de particules géants.

o Énergie, gravitation et masse manquante.

Tout d’abord, rappelons que depuis E = mc² (relativité restreinte), la masse de l’Univers est équivalente à son énergie. Donc, quand on « pèse » une galaxie ou une fraction d’espace intergalactique, on mesure la quantité d’énergie qui s’y déploie (vice versa et réciproquement). Tout ce qui compose l’Univers : matière, lumière et plus si affinités, entre donc dans le calcul de sa masse / énergie. Autre rappel important : la propriété essentielle et intrinsèque à toute matière est la gravitation qui tend à la rapprocher, à la concentrer.

Que découvre-t-on grâce aux instruments récents d’observation qu’ils soient terrestres ou en orbite ? Que les galaxies ne sont pas réparties au hasard dans le vide spatial : elles sont organisées en amas (sortes de grumeaux) reliés par des filaments. Cette structure semble être la conséquence d’irrégularités de densité du plasma initial peu de temps après le Big-Bang : cela a d’ailleurs été confirmé par la cartographie du rayonnement diffus cosmologique (découverte obtenant le prix Nobel de physique en 1978) qui est le vestige du rayonnement des premiers stades de l’Univers.

Le problème c’est que les observations ne collent pas avec les calculs basés sur les équations de la théorie de la relativité générale, qui a pourtant été validée à maintes reprises au cours du XXe siècle. En effet si on tient compte de toute la matière classique visible (étoiles, gaz chauds, objets émettant ou absorbant des rayonnements divers), de toute la matière classique supposée mais peu visible (planètes, astéroïdes, comètes, poussières et gaz froids), il n’y a pas assez de masse / énergie – et de très loin s’en faut – pour expliquer la disposition des amas de galaxies ainsi que les mouvements des galaxies elles-mêmes. En bref : les calculs de correspondent pas à la réalité observée, et pour un scientifique c’est la preuve qu’il y a un os quelque part !

De deux chose l’une : soit la théorie gravitationnelle avec laquelle on mouvement des corps célestes est incomplète, soit il existe une quantité de masse / énergie, non conventionnelle et invisible autour des amas de galaxies et un peu partout en divers lieux de l’Univers. Cette matière, dite « noire » car non détectable, représente tout de même de 5 à 10 fois l’ensemble de la matière ordinaire de l’Univers : ce n’est pas rien ! Cette « matière noire » serait composée de particules exotiques, très difficiles à détecter. On leur a donné de drôles de noms : neutralinos, axions, particules supersymétriques etc. En tout cas la matière noire de l’Univers fait sacrément travailler la matière grise des astrophysiciens…

o Et les neutrinos ?

Dans les années 1930 à 1950 l’hypothèse de cette nouvelle particule se dessina : on avait cru avoir enfin trouvé LE composant essentiel de la matière noire et on le baptisa « neutrino » à cause de son peu d’interactivité avec la matière classique et de son absence de sensibilité aux forces électromagnétiques. On construisit ensuite un détecteur de neutrinos : au Japon près de Tokyo démarra en 1996 l’expérience « Super-Kamiokande », un réservoir souterrain de 50 000 l d’eau très pure aux parois tapissées de 13 000 capteurs de photons et enfoui dans une ancienne mine à 1000 mètres de profondeur pour l’isoler des perturbations liées aux rayons cosmiques. On espérait ainsi au minimum voir passer les neutrinos émis par la désintégration de particules déjà connues (à défaut de voir ceux émis par l’activité des étoiles ou des supernovas ou bien ceux fossiles du Big-Bang pour lesquels on utilise d’autres types de détecteurs). S’il y en avait beaucoup et si leur masse était importante, cela aurait pu faire l’affaire comme matière noire.

L’expérience fut un succès, en plusieurs années on arriva à détecter le passage de quelques neutrinos dans la piscine : environ une quinzaine par jour. On détectera aussi avec d’autres appareillages des neutrinos stellaires et on évaluera indirectement les neutrinos anciens du Big-Bang. Au bout du compte il existe de nombreuses variétés de neutrinos et cela en fait un nombre considérable, il restait donc à trouver leur masse. La chose n’est pas simple et je vous passe les détails : on ne pèse pas un neutrino comme le kit-bag d’un spéléo. Toujours est-il qu’actuellement l’immense majorité des travaux en cours tendent à prouver que la masse maximale des neutrinos est si faible qu’il se pourrait bien, qu’à l’instar de celle du photon, elle soit nulle. Pour faire office de « matière noire » pesant 10 fois plus lourd que toute la matière ordinaire, c’est finalement raté : il faudra donc trouver autre chose ! On ne récupère, au mieux, avec eux que quelques millièmes de la masse / énergie qui manquait…

o Idées alternatives.

L’autre possibilité, bien sûr, serait que la théorie de la gravitation ne puisse pas s’appliquer de façon identique à petite et à grande échelle, en d’autres termes : la relativité générale fonctionne bien sur Terre et dans le système solaire puisque c’est grâce à elle qu’on peut par exemple faire fonctionner correctement le système de localisation par satellite GPS ou GALILEO, mais à l’échelle de l’Univers elle ne s’applique pas de la même façon et doit être modifiée.

Plusieurs groupes de physiciens ont donc proposé des variantes de la théorie classique où, en modifiant certains termes mathématiques, on pouvait se passer de cette masse noire. Après la théorie MOND en 1983 (acronyme anglais pour Modification de la Dynamique Newtonienne), on a vu éclore la théorie TEVES en 2004 (acronyme anglais pour Tenseur Vecteur Scalaire). Toutes deux sont en cours d’évaluation, voire de réfutation, par les tenants du couple relativité générale + matière noire. Les dernières observations des télescopes spatiaux ou des satellites d’étude de l’Univers lointain tendent en effet à conforter l’existence de cette matière invisible et interagissant peu avec la matière ordinaire (atomes et électrons).

o Mais que fait donc la physique ?

Si vous languissez d’avoir le fin mot de l’histoire, préparez donc un doctorat de physique ou lancez-vous dans la politique pour faire voter des budgets de recherche. D’ici là, il vous faudra bien attendre jusqu’à ce qu’on arrive à détecter une de ces particules décrites par la théorie classique sur la matière noire. À la détecter ou à la créer au sein d’un accélérateur et collisionneur géant de particules dont le but est d’imiter les énergies mises en jeu aux premiers instants du Big-Bang. C’est un tel appareil qui a été construit près de Genève et qui va commencer, au moment où j’écris ces lignes, à travailler. Quand le LHC, c’est son nom, tunnel circulaire souterrain et gigantesque rempli d’aimants et de détecteurs, tournera à plein régime nous aurons peut-être enfin la réponse à cette épineuse question : matière noire ou nouvelle théorie de la gravitation ? Encore un peu de patience, et puis si ça ne suffit pas il faudra accélérer encore avec l'ILC (accélérateur linéaire encore plus puissant)…

  • L’énergie sombre.

o Einstein pouvait-il se tromper ?

Quand Albert Einstein établit vers 1910 sa théorie sur la relativité générale, à une époque où l’Univers était considéré par tous les physiciens comme statique, il s’aperçut que le modèle mathématique qu’il venait de créer ne collait qu’avec un Univers en contraction ou en expansion. Il ajouta donc à ses équations un terme qu’il nomma « Constante Cosmologique » dont le simple but était d’arriver à ce que la relativité générale colle avec la « réalité » d’un Univers statique. Dix ans plus tard, après les observations de E. Hubble établissant l’expansion de l’Univers, il considéra que ça avait été sa plus grande erreur. Évidemment, pour un physicien tel que lui, ajouter à un calcul aussi visionnaire que celui de la relativité générale, un nombre créé de toutes pièces juste pour répondre à une idée convenue et non pas à une observation expérimentale, ça peut paraître un peu « désinvolte ». L’avenir tendra à prouver que la Constante Cosmologique n’était finalement peut-être pas aussi inutile que cela. Et puis, on peut bien lui pardonner une petite imperfection non ?

o Expliquer l’Univers observé (bis).

Que s’est-il passé depuis ? Les observations des supernovas lointaines effectuées avec certains télescopes récents ont permis en 1998 de constater que notre Univers n’est pas en expansion régulière : celle-ci s’accélère très sensiblement. Du coup, il a fallu à nouveau revoir la théorie de la relativité générale à la lumière de cette découverte. La gravité aurait dû freiner l’expansion de l’Univers hors il n’en est rein : toute la matière (conventionnelle ou noire) s’écarte et s’éparpille de plus en plus vite (et ce, depuis 4 à 5 milliards d’années, après une période initiale post Big-Bang où la gravitation avait effectivement freiné l’expansion).
Pour en revenir à la Constante Cosmologique d’Einstein, il s’avère qu’en la réglant convenablement, on pourrait expliquer ces deux périodes successives et différentes de l’expansion de l’Univers : Ouf, l’honneur est sauf ! Pour autant, un autre problème de taille restait à résoudre…

o 70 % de pertes ?

Quelle est donc cette force répulsive capable d’écarter de plus en plus vite les galaxies, les amas de galaxies, les nébuleuses, les trous noirs ??? Un calcul basé sur le rapprochement des observations de la distance des supernovas très lointaines (donc de leur âge) et des équations de la relativité générale, permet d’établir qu’environ 70 % de l’énergie de l’Univers est à ce jour inconnue : on l’a donc baptisée « énergie sombre ». Quelle est son origine ou sa nature ? Nul n’en sait rein à ce jour : seul son effet antigravité est constaté et avéré ; sombre elle risque donc de le rester encore longtemps…

o Recette pour composer un Univers.

Résumons, à ce jour pour confectionner un Univers acceptable il nous faut approximativement :

0,3 % de matière noire dite chaude (les neutrinos),
0,5 % de matière visible rayonnante (étoiles, nébuleuses…),
4,5 % de matière ordinaire non ou peu visible car ne rayonnant pas (planètes, gaz froids, atomes épars, trous noirs, comètes, astéroïdes…) dont moins de 0,1 % d’atomes constituant les planètes telluriques et la vie (oxygène, carbone, azote, silicium, fer…),
25 % de matière noire non encore détectée ni créée expérimentalement mais pistée de près,
70 % d’énergie sombre totalement mystérieuse.

Bon, je sais, ça fait 100,3 % mais comme nous ne connaissons correctement que moins de 5 % de l’énergie qui compose notre Univers, on ne va pas pinailler pour si peu. En bref, plus de 95 % de la recette est encore aussi sombre que la salle de la Verna éclairée avec une bougie de gâteau d’anniversaire. Il y a donc des découvertes à faire : chers lecteurs avides de premières voilà qui devrait susciter chez vous des vocations de physiciens, à défaut de spéléologues, non ?

Tous ceux qui ont pu être à Paris au cours de l'été 2009, on peut-être assisté à ceci : UNIVERS INVISIBLE (Palais de l'UNESCO)

Écoutez cette vidéo, vous y verrez pleut-être plus clair ensuite : Nathalie PALAQUE-DELABROUILLE ou ici si le lien est mort.

  • Les trous noirs.

o Un trou noir qu’es acò ?

Parmi les 4,5 % de matière noire peu visible mais de nature classique, un des objets les plus insolites est le trou noir. Voilà un élément céleste dont le vocable a tout pour plaire à l’auteur de ces lignes : « Ah, les gouffres, abîmes et trous noirs de toutes sortes, quel bonheur ! » Mais revenons à des considérations plus cosmologiques.

Il existe plusieurs types de trous noirs mais le principe de leur origine est le même. Suite à la compréhension de l’Univers apportée par les travaux sur le relativité générale, on a pu déterminer le devenir des étoiles en fin de vies. Suivant la masse de l’étoile, la mort est différente. Pour certaines la fin est une superbe explosion détruisant tout sur des milliards de kilomètres et observable à des années lumières : la supernova. Pour d’autres, lorsque le combustible nucléaire (hélium, hydrogène…) est épuisé, ce qui reste de l’étoile (les cendres en quelque sorte) se retrouve en manque de pression (celle qu’exerçait la fusion nucléaire en expulsant des électrons et des neutrons) et la gravitation prend le dessus. En bref, tout ce qui reste de l’étoile commence à rapetisser, à se concentrer mais sans changer de masse. C’est donc la densité de l’étoile qui augmente au fur et à mesure de son extinction, et là deux cas de figure peuvent se présenter. Si la masse n’est pas trop importante (inférieure à 3 fois celle de notre soleil) l’astre initial va devenir une naine blanche ou une étoile à neutrons : petit astre peu brillant ; si a contrario la masse initiale était plus importante alors la gravitation est la plus forte et l’étoile continue inexorablement à se condenser.

Et c’est là qu’Einstein vint à notre secours avec sa nouvelle conception d’espace-temps : la lumière est déviée par la gravitation et lorsqu’elle passe au niveau d’une zone d’espace aussi « lourde » que celle d’une étoile en cours de rétrécissement, arrive un moment où elle est déviée vers celle-ci sans pouvoir en ressortir à cause de la courbure extrême de l’espace-temps à cet endroit. Le trou noir vient de se former : aucune lumière ni aucune particule n’en sort, il est donc totalement et irrémédiablement invisible. Il y a bien quelque chose à cet endroit là, quelque chose de pas très gros (à l’échelle spatiale) et de très très dense, mais on ne le voit pas.

o Comment voir l’invisible.

Même si rien ne peut sortir du puits gravitationnel formé par le trou noir, cela ne signifie pas pour autant qu’il ne se passe rien à sa frontière (appelée « horizon des événements »). Le trou noir n’est pas statique, il évolue au cours du temps, il est en rotation et sa limite émet de grosses bouffées d’énergie sous forme d’émission de rayons x par exemple.

Si un trou noir se trouve dans une zone riche en gaz, poussières, étoiles, il va les avaler inexorablement et il se formera à sa périphérie un disque d’accrétion dont la frange interne, la plus proche de l’horizon des événements, soumise à des pressions gravitationnelles gigantesques va émettre des bouffées de rayonnements détectables à des années lumières de distance. Et ce n’est pas tout, d’après le physicien Stephen Hawking, la physique quantique (pour parler de mécanique quantique, allez voir l’article sur la lumière) implique que des couples particules / antiparticules tombant dans le trou noir entraîneraient aussi la sortie d’information du trou noir, d’où cette image de trou noir « chevelu » illustrée dans un de ces ouvrages (voir bibliographie en fin d’article).
Pour conclure, insistons donc en disant qu’un trou noir ce n’est pas rien !

o Prospection : à la recherche des trous noirs.

Plus j’avance et plus je trouve de ressemblances entre les spéléos passionnés de découvertes nouvelles et les astrophysiciens. Voici que ces derniers viennent de se lancer dans une traque que nombre d’entre nous pratiquons à longueur d’année : la recherche de trous noirs. Il est bien satisfaisant d’avoir modélisé les différents types de trous noirs et d’avoir confirmé leur existence à partir de détections indirectes, mais rien ne vaut l’observation directe. Quel effet aurait sur vous un magnifique aven dont vous ne connaîtriez que les trois rangs de barbelés placés autour : plutôt frustrant non ?

Pour les astrophysiciens, la problématique est la même : comment arriver à obtenir une observation directe de quelque chose qui ne dégage pas de lumière ? Comme nous l’avons vu précédemment, seuls les effets secondaires ont permis à ce jour de détecter les trous noirs. Mais une autre voie de détection directe est envisageable. Supposons que les perturbations gravitationnelles se transmettent au sein de l’espace par un vecteur quelconque (appelons-le « graviton ») qui serait une sorte de particule élémentaire (au sens très large de quanta d’énergie et non de corpuscule matériel) support de la gravitation. Pour simplifier, ces gravitons seraient l’équivalent pour la gravitation des photons pour les phénomènes électromagnétiques. Alors il devrait être possible de détecter ces gravitons lorsqu’ils sont propagés à partir d’une source aussi puissante qu’un trou noir super massif, au moment où il absorbe un étoile par exemple.

Le problème est double : en effet rien ne prouve encore l’existence de ces gravitons ; il va donc falloir essayer de les détecter pour démontrer en même temps qu’ils existent et qu’on peut grâce à eux repérer les trous noirs. On fera alors d’une pierre deux coups, mais ce n’est pas gagné ! La technologie qui permettrait de détecter ces variations infimes de la gravité est basée sur des interféromètres ; les deux modèles actuellement en lice sont VIRGO (franco-italien) et L.I.S.A (futur interféromètre spatial). Peut-être dans les années à venir aurons-nous la démonstration de la propagation d’ondes gravitationnelles provenant de l’amas de la Vierge, du Cygne ou du nuage de Magellan. D’ici là, j’espère que les potes de Doc Carbur auront fait pas mal de première…


3.Du noir de fumée jaillit la lumière.

o Sale problématique.

Tiens, parlons maintenant du spéléologue accusé, pas toujours à tort d’ailleurs, de salir les parois des cavités avec la fumée de son éclairage à acétylène. Faut-il être stupide pour noircir volontairement son environnement de calcite et d’aragonite immaculée ? Évidemment l’éclairage au carbure de calcium est fiable, facile d’entretien, peu onéreux, simple à mettre en œuvre et dégage à la fois de la chaleur et de la lumière. Bien des qualités que n’avait pas pendant longtemps l’éclairage électrique : plus complexe, moins puissant, moins endurant, plus cher, froid, peu fiable. On comprend donc le choix du couple gaz / flamme, mais alors pourquoi ce personnage atypique ne s’éclairait-il donc pas avec une flamme propre ? En bref, le spéléo est-il maso ?
La réponse à cette douloureuse interrogation se trouve chez la plupart des ménages européens, plus précisément sur leur cuisinière à gaz. Vous viendrait-il à l’idée de vous éclairer avec la flamme qui sert à chauffer l’eau pour les pâtes ? Évidemment non : avec le peu de lumière qu’elle émet vous n’iriez pas bien loin dans l’obscurité. Mais par contre, le fond de vos casseroles reste toujours propre et votre cuisine ne devient pas noire comme les poumons d’un fumeur. Bien entendu, ces deux phénomènes sont liés : si on veut que la flamme éclaire, il faut que sa combustion dégage un quantité de suie non négligeable. Comment diable cela fonctionne-t-il ?

o Principe d’éclairage à base obscure.

Un nuage de fumée noire rempli de suie froide absorbe évidemment la lumière et les villes les plus polluées du monde en font tristement l’expérience. Cette atténuation de la lumière solaire par les particules de carbone a aussi des effets à long terme sur le climat de notre planète et il serait temps que l’on commence à s’en apercevoir. Mais pour l’heure, nous essayons de comprendre comment cette même suie peut générer de la lumière au niveau du brûleur acétylène de votre casque.

Quand un mélange de gaz correctement établi entre en combustion, si sa flamme est claire et bleutée c’est que cette combustion produit surtout des molécules dont les couches atomiques externes sont constituées d’électrons libres (on les appelle des radicaux). Ces radicaux, de par leur constitution (carbone et hydrogène) émettent surtout de la lumière bleue peu éclairante car au spectre étroit. Par contre quand la combustion du gaz est imparfaite, des particules de carbone (la suie) sont émises dans la zone médiane de la flamme. Arrivée dans la zone supérieure de la flamme cette suie va entrer elle-même en combustion et chacune de ses particules va émettre une lumière dans toute la gamme du spectre jusqu’à l’infrarouge. Si toute la suie se consumait, il ne resterait plus ensuite au front de flamme que de l’eau et du dioxyde de carbone, mais on ne peut avoir le beurre et l’argent du beurre, c’est à dire la lumière sans un excédent de suie. Dans un chalumeau par exemple on va remplacer l’air par de l’oxygène : la combustion sera plus complète et la chaleur plus intense mais la suie étant peu abondante la flamme du chalumeau dégage très peu de lumière.

Le spéléo n’était donc pas maso, s ‘il avait une flamme qui fumait c’est qu’il ne lui était pas possible d’avoir la lumière sans le charbon. CQFD.

4.Pour en savoir plus…

o … sur la couleur

Y. LE GRAND, « Optique physiologique », T. 2 : Lumière et couleurs, Masson, 1972
M. BLAY, « La Conceptualisation newtonienne des phénomènes de la couleur », Vrin, 1983
Y. DORDET, « La colorimétrie : principes et applications », Eyrolles, 1990
P. KOWALISKI, « Vision et mesure de la couleur », Masson, 2e éd. 1990
L. ZUPPIROLI, M-N. BUSSAC, « Traité des couleurs », PPER, 2001
M. ELIAS, J. LAFAIT, « La couleur; lumière, vision et matériaux », Coll. Échelles, BELIN, 2006

o … sur la structure de l’Univers et les trous noirs

G. GREENSTEIN, « Le Destin des étoiles. Pulsars et trous noirs », coll. Science ouverte, Seuil, 1987
M. LACHIÈZE-REY, « La Masse cachée dans l'Univers », pp. 207-248, in J. Audouze, P. Musset, M. Paty dir., Les Particules et l'Univers, Nouvelle Encyclopédie Diderot, P.U.F., 1990
J.-P. LUMINET, « Les Trous noirs », coll. Points Sciences, Seuil, 1992
S. HAWKING, « Trous noirs et bébés Univers », coll. Opus, Odile Jacob, 1995
M. CRIBIER, D. SPIRO & D. VIGNAUD, « La Lumière des neutrinos », Seuil, 1995
K. S. THORNE, « Trous noirs et distorsions du temps », Flammarion, 1997 & « Les Trous noirs », Dossier Pour la science, 1997
E. KEARNS, T. KAJITA & Y. TOTSUKA, « La Détection des neutrinos massifs », in Pour la science, N° 263, sept. 1999
S. HAWKING, « L’Univers dans une coquille de noix », Odile Jacob, 2001
J.-C. PECKER, « L’Univers exploré, peu à peu expliqué. », Odile Jacob, 2003
M CASSÉ, « Énergie noire, matière noire. », Odile Jacob, 2004
A. ASPECT, R ; BALIAN, S. BALIBAR, E. BRÉZIN, B. CABANE, S. FAUVE, D. KAPLAN, P. LÉNA, J.-P. POIRIER, J. PROST, Chap. « L’Univers et ses lois », in « Demain la physique », Odile Jacob, 2004
C. LINEWEAVER, «Les paradoxes du Big Bang» in Pour la science, N° 330, avril 2005
P. PETER, J-P. UZAN, « Cosmologie primordiale », Coll. Échelles, BELIN, 2005
L. KRAUSS et R. SCHERRER, «La fin de la cosmologie», in Pour la science, N° 368, juin 2008
A. BOUQUET, E. MONNIER « Matière noire et énergie sombre, mystères de l'Univers », coll. Quai des sciences, DUNOD, 2008
Collectif, « De quoi est fait l'Univers ? »,  Dossier Pour la science N° 62, 1er trimestre 2009
S. COLLIN-ZAHN, « Des quasars aux trous noirs », EDP Sciences, 2009
K. THORNE, « Trous noirs et distorsion du temps », Flammarion, coll. Champs, 2009
J.-P. LASOTA, « La science des trous noirs », Odile Jacob, 2010
J.-P. LUMINET, « Le destin de l'Univers : trous noirs et énergie sombre », Fayard, 2010
M. TRODDEN, J. FENG, « Matière noire : un univers caché », in Pour la science, N° 399, janvier 2011
N. COMINS, « À la découverte de l'univers », De Boeck, 2011
R.H. SANDERS, « À la recherche de la matière noire. », De Boeck, 2012
Collectif, « Trous noirs : ces objets théoriques deviennent enfin réalité ! », Dossier Pour la science N°75, 2012
V. SPRINGEL, R. TAILLET, C. DEFFAYET, dossier « L'Univers manquant », in Pour la science, N° 443, septembre 2014

o … sur la relativité

S. HAWKING, « Une brève histoire du temps », Flammarion, 1989
P. TOURRENC, « Relativité et gravitation », Armand Colin, 1992
A. EINSTEIN, « Œuvres choisies, relativités I et II », Seuil, 1993
B. GREENE, « L ‘Univers élégant », Laffont, 2000
S. HAWKING, « L’Univers dans une coquille de noix », Odile Jacob, 2001
G. VENEZIANO, « Gravitation, relativité, mécanique quantique : la grande synthèse est-elle proche ? », R. Laffont, 2005
N. HANS-PETER et R. HANNS, « Carnets de voyage relativistes. De la Terre vers un trou noir. », BELIN-PLS, 2008

o … sur le noir de fumée

L. BOYER, « Feu et flamme », Belin, 2006
C. SHADDIX et T. WILLIAMS, « La suie, piège… et source de lumière. », in Pour la Science N° 360, oct. 2007

o … sur la physique des particules

A. ASPECT, R ; BALIAN, S. BALIBAR, E. BRÉZIN, B. CABANE, S. FAUVE, D. KAPLAN, P. LÉNA, J.-P. POIRIER, J. PROST, Chap « La matière », in « Demain la physique », Odile Jacob, 2004
C. QUIGG, «Les révolutions à venir en physique des particules», in Pour la science, N° 368, juin 2008
B. BARISH, N. WALKER, H. YAMAMOTO, « L'ILC, collisionneur de prochaine génération», in Pour la science, N° 368, juin 2008
Et sur le web : http://www.linearcollider.org/cms/

o … sur les physiciens

R. P. FEYNMAN, « Vous voulez rire Monsieur Feynman», Odile Jacob, 2007
K. FERGUSON, « L'incroyable Stephen Hawking », Flammarion, 2012

Doc Carbur 2008

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