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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