bulle-colloree.jpg
Tout le monde a déjà fait des bulles de savon et tout le monde a pu y observer des couleurs diverses qui variaient joliment durant quelques secondes. D’où ça vient ?

Réponse : ce phénomène vient des interférences optiques qui se produisent à la surface de la bulle.
Ça ne vient pas du même effet de prisme que l’arc-en-ciel, mais purement du caractère ondulatoire de la lumière.

Interférences d’ondes ?

Prenons une onde, comme par exemple une vague d’un côté d’une piscine. Si on produit la même onde de l’autre côté de la piscine, il y a deux résultats possibles (en plus de toutes les possibilités intermédiaires) (image):

interferences-constructives-et-destructives.png
Le cas où deux ondes s’annulent est utilisé dans les casques anti-bruit : on reproduit une fréquence sonore du bruit dans le casque qui va annuler le bruit qu’on cherche à atténuer (par une opposition de phase). Quelques hélicoptères utilisent également ce système pour devenir inaudible.

La lumière est une onde aussi. Il est donc possible d’obtenir des interférences lumineuses.
Si deux ondes lumineuses de même fréquence se superposent, soit on obtient de la lumière plus forte (addition des deux ondes), soit de l’absence de lumière, du noir (soustraction ou destruction des deux ondes).

Généralement, les deux ondes identiques sont obtenues en dupliquant une onde Laser en deux ondes identiques légèrement déphasées. Un appareil capable de faire ça se nomme un interféromètre. Et bien, une bulle de savon est une interféromètre !

Sur la bulle de savon

Un dispositif possible pour faire des interférences est d’utiliser une épaisseur transparente très fine (interféromètre de Perot-Fabry). On obtient alors deux ondes identiques, légèrement décalées. La première onde est obtenue par transmission à l’extérieur de la surface de la bulle. La seconde est une partie de la lumière qui fait une réflexion supplémentaire dans la bulle (image) :

interferometre-de-perot-fabry.png
Le rôle de l’épaisseur fine et transparente est jouée par la pellicule d’eau + savon de la bulle.

La lumière blanche est composée de toutes les fréquences entre le rouge et le violet. Lors des interférences, certaines couleurs s’annulent et d’autres sont amplifiées. La couleur qui est amplifiée dépend de l’épaisseur de la pellicule d’eau.
La pellicule d’eau n’étant pas uniforme sur toute le bulle, certaines zones amplifient le rouge, d’autres le vert, d’autres le bleu, etc.

De plus, l’épaisseur de la pellicule d’eau peut changer d’un instant à l’autre (micro-vagues dues à des fluctuations de la tension de surface) , ce qui fait que les couleurs changent aussi au cours du temps.

Au final, on obtient une bulle avec des zones colorées dont la couleur change.

Je me demande ce que donnerait une bulle de savon sous une lumière Laser, tiens… À essayer. Mais j’ai peur que le Laser fasse péter la bulle trop tôt…

Le même effet d’interférences optiques donnant des rendus de couleurs est visible :
  • sur un CD placé au soleil
  • sur certaines lunettes de soleil (image)
  • avec un hologramme sur les billets de banque
  • avec de l’huile ou de l’essence sur une flaque d’eau
  • sur certaines perles, coquillages, plumes
  • sur le dos du scarabée doré ou de certains papillons

photo de Hop-Frog

28 commentaires

gravatar
JM a dit :

Cool, merci pour cette note ! À noter que dans les exemples ce n'est pas forcément exactement le même effet, par exemple pour le CD et le scarabée il me semble que c'est le phénomène du réseau de diffraction.

Bon par contre je ne vois pas pourquoi le laser ferait péter la bulle… :) L'expérience est à tenter !

gravatar
qwerty a dit :

Je le savais déjà. D'ailleurs, d'après la couleur, on arrive à déterminer l'épaisseur de savon. Mais à quel couleur ça explose, puis-ce que variable d'après l'épaisseur (d'après que j'ai compris) ?

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@JM : ça restent des interférences^^.

À mon avis, le laser ferait peter la bulle simplement à cause de l’échauffement : une bulle est tout de même un système assez fragile et instable, comparé au Laser qui a une densité d’énergie plutôt importante…

@qwerty : ah oui, tiens, j’ai pas songé à cette application. À mon avis ça serait plus simple de calculer la surface de bulle et d’en déduire l’épaisseur à partir de la quantité de savon utilisé pour faire cette bulle. Le domaine du visible est très petit sur toute la gamme des ondes electro-magnétiques, il se peut bien que ça soit dans l’IR ou l’UV… Non ?

gravatar
TD a dit :

@qwerty : Oui, chaque couleur correspond à une même altitude.

gravatar
dacrovinunghi a dit :

Je vois pas la différence avec l'arc en ciel dans les deux cas c'est un phénomène de réfraction du au passage de l'onde dans différents milieux. J'aurai pas dit pareil de la diffraction.

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@dacrovinunghi : l’arc-en-ciel c’est la difraction réfraction, pas des interférences. La diffraction réfraction n’intervient pratiquement pas dans une bulle.

Pour preuve : l’arc en ciel apparait en dehors de la zone où se trouvent les goûtes d’eau (arc-en-ciel avec une lance à eau par exemple). Les couleurs issues des interférences sont visibles directement sur la bulle.

gravatar
Whiteshoulders a dit :

L'arc en ciel c'est de la diffraction dispersion, comme le CD. Le CD se comporte comme un réseau qui sépare la lumière, de la même manière qu'un prisme. Cependant, avec quelques astuces, on peut le ramener à des interférences d'ondes lumineuses.

Si tu passe la bulle de savon au laser, tu va avoir des interférences "mono-lambda", donc juste rouge. Tu va avoir des extinctions par endroit (pas d'amplifications), et pics d'intensité à d'autres endroit. Si tu prend une photo de la figure d’interférence (tu balance le laser au travers d'une pellicule de savon, et tu projette le tout sur un écran), les variations d'intensité pourrons te renseigner sur l'épaisseur locale de la pellicule de savon (la figure d’interférence te donnera une sorte de "carte de niveau" de la surface traversée). Du coup, tu pourra même observer les variations d'épaisseur au cours du temps, causé par la gravité (ce qui fait péter la bulle, c'est le fait que le savon migre du haut de la bulle vers le bas). C'est une expérience intéressante à faire (j'ai déjà fait des trucs comme ça en TP d’interférométrie, mais avec du matos. Je ne sait pas si l'effet sera observable juste avec un laser et un écran dans le noir).

Pour ce qui est de l’échauffement de la bulle, ça poserai problème en chauffant l’intérieur de la bulle => différence de pression, *pop*. Mais si tu utilise un simple film de savon (sur un cercle de fil de fer, par exemple), y'a plus de problème, et le laser ne devrait pas détruire le film, en toute logique.

gravatar
Whiteshoulders a dit :

Ah, j'oubliais, : pour les lunettes, c'est souvent le traitement anti-reflet qui fait cet effet là.
On s'arrange pour que l’épaisseur de verre soit telle que pour les rayons réfléchis on soit dans le cas d’interférences destructives (et pouf, plus de reflet). Mais ça ne marche que pour une longueur d'onde (ou une petite bande de longueur d'onde). Donc on fait le traitement pour plusieurs epaisseurs. Ca limite grandement les reflets, et ça donne de jolies couleurs en transmission.

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@Whiteshoulders : ok, donc pour le CD j’ai confondu. LEs interférences sont utilisés lors de la lecture des données : la surface étant formées de creux et de bosses, l’le creux permet de faire faire à la lumière juste assez de chemin supplémentaire (2 × lambda/4) pour qu’au retour il soit en déphasage avec la lumière incidente, et donc aucune lumière n’est renvoyée, d’où un « 0 » binaire.

gravatar
MBP a dit :

D'ailleurs, si on voit une bulle avec plus de couleurs qu'une autre, c'est que c'est une bulle Retina :troll:

gravatar
dacrovinunghi a dit :

@Le Hollandais Volant :
Un arc-en-ciel est un phénomène optique produit par la réfraction, la réflexion et la dispersion des radiations colorées composant la lumière blanche du Soleil par les gouttelettes d'humidité présentes dans l'atmosphère. Il contient un dégradé de couleurs recouvrant toutes les teintes, sauf le magenta (ligne des pourpres voir plus bas).
@Le Hollandais Volant :
OK pour l'interférences d'onde.
Le wiki de la bulle
"Lorsque nous observons une bulle de savon en plein jour, nous pouvons voir des irisations rappelant les couleurs de l'arc-en-ciel. Pourtant le phénomène a une origine totalement différente. Ce phénomène d'iridescence est dû à des interférences entre les rayons se réfléchissant sur la surface extérieure de la bulle et les rayons se réfléchissant sur la surface intérieure de la bulle."
"Ça ne vient pas du tout du même effet de prisme que l’arc-en-ciel, mais purement du caractère ondulatoire de la lumière."
Pourtant :
Dans les deux cas cela provient d'une réfraction et c'est du au caractère ondulatoire de la lumière s'ajoutent les interférences pour la bulle.

Je veux bien être démenti, le sujet m'intéresse

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@dacrovinunghi : l’arc-en-ciel : oui. Le dégradé provient de la décomposition de la lumière blanche : chaque couleur (chaque fréquence) a une vitesse de propagation différente (dispersion), et donc l’indice du milieu (l’eau de la goute) aussi – l’indice étant liée à cette vitesse. D’où des angles différents pour chaque couleur (cf lois de Snell qui relient l’angle de sortie à l’indice).

Le magenta n’est pas une couleur de l’arc en ciel, il est juste le mélange entre les deux couleurs extrêmes : le rouge et le bleu.

Pour la bulle : non, ce n’est pas une réfraction.
La réfraction = changement de direction de l’onde à cause du passage de la lumière dans un milieu d’indice de réfraction optique différente. Ici, la lumière traverse bel et bien une bulle.
Mais prenons l’exemple des interférences avec un fil fin (cheveu + laser = taches d’interférences observées). Aucun indice de réfraction n’intervient, pourtant il y a des interférences car le faisceau est "coupé" en deux faisceaux ensuite. Ce sont ces deux faisceaux qui interfèrent.

Avec la bulle, la réfraction invisible imperceptible : l’épaisseur d’eau est bien trop faible.
Le phénomène d’interférence est responsable de ces couleurs ici, tout comme l’essense sur l’eau : de l’essence pure ne montre pas de couleurs. Une grosse épaisseur d’essence (une couche de 1~2cm flottant sur de l’eau) non plus. En revanche, une goûte d’essence qui s’étalle par gravité sur l’eau produira des figures d’interférences (sous la forme de multiples couleurs, vu que chaque zone de la surface ne conserve (ou annule) qu’une seule composante de la lumière blanche).

Cette explication par contre exemple te semble plus claire ?

gravatar
Whiteshoulders a dit :

@Le Hollandais Volant : Je ne voudrais pas compliquer les choses, mais dans le cas cheveu + laser, c'est diffraction + interférences qu'on observe.

Et il est possible d'observer des interférences sur des objets épais (rapport à "une grosse épaisseur d'essence ne montre pas de couleurs"). Prend un objet en plastique rigide, un porte carte ou un rapporteur, que tu place devant un écran d'ordi, et met des lunettes 3D (avec verres polarisant), et tu obtiens de jolies irisations sur un objet épais.

Les interférences ici sont un peu plus complexes, parce qu'elle ont lieu avec de la lumière polarisée, mais ce système est très utilisé pour visualiser les contraintes dans certains matériaux (on voit des lignes de couleurs partir des angles de l'objet, là ou le plastique a été tordu, découpé, contraint).

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :


Je ne voudrais pas compliquer les choses, mais dans le cas cheveu + laser, c'est diffraction + interférences qu'on observe.



Avec le cheveu c’est la diffraction, oui. Alors que l’arc-en-ciel c’est la réfraction. Ne confondons pas !


Et il est possible d'observer des interférences sur des objets épais (rapport à "une grosse épaisseur d'essence ne montre pas de couleurs"). Prend un objet en plastique rigide, un porte carte ou un rapporteur, que tu place devant un écran d'ordi, et met des lunettes 3D (avec verres polarisant), et tu obtiens de jolies irisations sur un objet épais.



Je ne suis pas sûr, ni de ton explication, ni de ce que je vais dire : dans ton cas ce ne sont pas des interférences mais je pense plutôt que ça vient de la polarité de la lumière : lors d’un choc, le guide d’onde que constitue le plastique est déformé, déformant également la polarisation des ondes lumineuses.
Un peu comme quand on appuye comme un fou sur un écran à cristaux liquides comme ceux d’une calculatrice.

gravatar
Whiteshoulders a dit :

En fait, l'explication allie polarisation et interférence. Pour avoir des interférences, il faut que deux faisceaux se propagent dans la même direction, et avec la même polarisation. Dans notre cas, on va dire que l'écran génère une polarisation linéaire (c'est faux, en réalité elle est circulaire, mais ça ne change rien, et l'explication est plus visuelle). La lumière qui est polarisée traverse le plastique, qui est un peu biréfringent à cause des contrainte. La polarisation de la lumière se projette sur deux axes différents (les axes propres du plastique), et chaque composante "voit" un indice différent (c'est le principe de la biréfringence). Donc chaque composante se déplace à vitesse différente. Donc en sortie du plastique, elle sont déphasée. Une fois qu'elle traverse les lunettes 3D (polariseur), les deux composantes sont projeté sur le même axe. On a deux rayons lumineux, avec la même direction, et la même polarisation, donc interférence ! Les interférence ont lieu APRES les lunettes 3D, ce qui explique que les couleurs disparaissent lorsqu'on retire les lunettes.

gravatar
dacrovinunghi a dit :

@Le Hollandais Volant : ok je prends, la couleur vient bien d'une interférence à cause du décalage d'onde (et oui je suis tétu d'ailleurs je te remercie de ta réponse )
cependant, en consultant le schema que tu proposes

"Comme expliqué dans l'article interférence par une couche mince, le déphasage entre deux rayons successifs est donnée par :
delta.phi(tau)=k2nlcos(tau)
où n est l'indice de réfraction de la couche, l son épaisseur, "tau" l'angle de réfraction et k La phase..."

Mais je suis d'accord qu'avec une réfraction nulle il y aura couleur quand même donc j'ai tord.

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@Whiteshoulders :


Les interférence ont lieu APRES les lunettes 3D, ce qui explique que les couleurs disparaissent lorsqu'on retire les lunettes.


Ah, oui ok. Merci :-)

@dacrovinunghi :


"Comme expliqué dans l'article interférence par une couche mince, le déphasage entre deux rayons successifs est donnée par :
delta.phi(tau)=k2nlcos(tau)
où n est l'indice de réfraction de la couche, l son épaisseur, "tau" l'angle de réfraction et k La phase..."



Oui, l’indice de réfraction intervient ici parce que le rayon en pénétrant dans la couche mince est bien réfractée : si l’angle est plus grand, la différence de marche est plus grande.
En fait je me suis mal exprimé : c’est pas la réfraction en elle même qui est invisible, mais la constringence : l’angle de réfraction en fonction de la longueur d’onde (celle responsable dans une arc-en-ciel).

Dans la bulle, les effets de cette constringence sont peu visibles (la lumière blanche n’est pas décomposée — ou alors : cette décomposition n’est pas visible à cause des phénomènes d’interférences qui suivent), alors que dans une goute d’eau de plui, elles sont responsable de la formation d’un arc-en-ciel (là c’est directement la décomposition de la lumière blanche qui forment les couleurs).


Mais je suis d'accord qu'avec une réfraction nulle il y aura couleur quand même



Oui, voilà, c’est là où je veux en venir.
Avec réfraction il y a juste un décallage de toutes les couleurs soit vers le rouge, soit vers le bleu.

gravatar
Guenhwyvar a dit :

@Le Hollandais Volant :


l’arc-en-ciel c’est la difraction, pas des interférences.



@Le Hollandais Volant :


Avec le cheveu c’est la diffraction, oui. Alors que l’arc-en-ciel c’est la réfraction. Ne confondons pas !



Hum… Ne confondons pas, en effet !

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@Guenhwyvar : bon ça y est, je commence à tout mélanger…
J’ai corrigé le premier passage que tu cites.

L’arc en ciel c’est bien la réfraction.

gravatar
Whiteshoulders a dit :

@Le Hollandais Volant :
Oups, je me suis aussi planté, je voulais dire "dispersion" au lieu de "diffraction" dans le message #7. Si tu veux garder des info corrects, tu peux le corriger. Si ça te fait pas chier.

gravatar
Anuanua a dit :

@Le Hollandais Volant : Si on éclaire une bulle avec un laser, ça ne la fera pas éclater si le laser est à faible puissance (quelques milliwatts). La lumière .tant monochrome, on ne verra pas des jeux de couleurs. Là où les ondes s'ajoutent on verrait une couleur (la couleur du laser, souvent rouge) brillante ; là où elles se réfléchissent en antiphase on verrait une bande noire, tout simplement. On verrait donc un réseau de bandes noires courbes et fermées (pas nécessairement des cercles) se promener sur la surface avec les mouvements de l'eau ou du savon entre les deux films de tension superficielle. Peut-être quelque chose comme ça.

gravatar
Anuanua a dit :

@ bubble
Avec plaisir, mon ami! Regarde un oiseau très noir, un corbeau par exemple. Souvent les oiseaux ont de l'huile sur les plumes. C'est vital car, si l'eau les mouille, non seulement elles s'alourdissent mais, collant les unes aux autres, elles perdent leurs qualités aérodynamiques, ce qui serait particulièrement néfaste sur les ailes et la queue par exemple. Cette huile a une épaisseur(souvent très mince) qui donnera naissance à des irisations par interférences dont la couleur dépendra de l'épaisseur de la couche (si l'éclairage le permet). Ces irisations sont subtiles : on ne les verra donc pas sur un plumage très pâle ou blanc (des cygnes par exemple) ou au plumage aux couleurs vives (un cardinal par exemple).

Par contre, sur un oiseau au plumage terne (pigeon) ou très foncé (corbeau) elles deviennent facilement visibles. Ce sont de telles interférences qui font les reflets bleutés sur des oiseaux noirs. Le principe est exactement le même que les couleurs sur une tache d'huile quoi! Ce pigeon par exemple montre clairement sur ses plumes grises des irisations vertes et magenta (deux couleurs complémentaires) selon que les interférences sont additives ou soustractives selon l'angle de réflexion. C'est pourquoi elles semblent changer de couleur quand l'oiseau bouge.

Savais-tu qu'un paon, c'est noir? Eh oui ; surprenant, non? En effet les mâles de ce magnifique oiseau doivent leurs couleurs iridescentes à des ...irisations! Ces irisations ne sont pas causées par des couches huileuses mais par des écales transparentes minces sur les ailes qui causent la double réflexion qui donne naissance aux interférences. Référence ici. De fait, si cet oiseau n'était pas noir (ou gris foncé), jamais il ne pourrait avoir de telles couleurs si lumineuses.

J'espère avoir donné un début de réponse à ta question. Maintenant que tu connais le principe, cherche des iridescences sur les oiseaux, les ailes des mites et papillons, et même dans tes cheveux après y avoir mis un shampooing!
__________________________________________________________________________________________

Post-scriptum pour amusement seulement.

Le paradoxe apparent du paon noir aux couleurs vives me rappelle cette boutade d'Henry Ford qui disait que les gens peuvent avoir une Modèle T de la couleur de leur choix à condition qu'ils la choisissent noire. À tout prendre, c'est précisément parce qu'il est noir que le paon peut afficher des couleurs de son choix ; un beau cygne blanc ne le pourrait jamais! Demandez à Andersen!

Parlant des corbeaux noirs je me demandais : la femelle d'un corbeau, est-ce une corbeille?

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@bubble : comme dit @Anuanua, le corbeau ou le paon a ces particularités.

Mais le pigeon aussi : sur son cou !
Selon l’orientation de la lumière, ses plumes sont rouges, violettes, vertes… Un peu comme les logos sur les billets de banque.

Certains paillons comme aussi, comme le Morpho : un papillon énorme (20 cm) et tout bleu, mais ses ailes n’ont aucun pigment bleu!


Sinon, la femelle du corbeau c’est la corbelle : http://fr.wiktionary.org/wiki/corbelle

gravatar
Anuanua a dit :

@ Le Hollandais volant

Concernant le pigeon. la photo que tu postes ressemble beaucoup à celle que j'ai proposée...

Et concernant la corbelle, je le savais mais, comme le dit le titre de mon P.S., c'était pour amusement seulement. En effet, il y a des corbeilles oiseau... LOL !

gravatar
Chercheur du savoir a dit :

D'où viennent les couleurs du gazole/gasoil répandu sur une flaque?

gravatar
Le Hollandais Volant a dit :

@Chercheur du savoir : la même chose que les couleurs sur une bulle.
La couche de gazole est fine, de l’ordre de grandeur des longueurs d’ondes du domaine visible, ce qui génère des phénomènes d’interférences des ondes lumineuses et certaines couleurs sont amplifiées et d’autres masquées.

D’ailleurs, les couleurs sur une bulle sont les mêmes que celles sur une flaque d’huile.

Les commentaires sont fermés pour cet article