La lumière et ses effets sur la couleur

« La lumière est quelque chose qui ne peut pas être reproduite, mais qui doit être représentée par autre chose: par la couleur. J’étais très content de moi quand j’ai réalisé cela. » Paul Cezanne (1839 – 1906)

Que sont les couleurs? Cette question, simple en apparence, a en fait une réponse étonnamment complexe. En dehors de cas particuliers, nous savons tous instinctivement ce que sont les couleurs : c’est ce qui nous fait dire qu’une feuille est verte et qu’une pomme est rouge. Cependant, tenter de donner une définition complète n’est pas simple. À première vue, il est facile d’interpréter la couleur comme quelque chose qui appartient intrinsèquement à l’objet: la feuille /est/ verte, la pomme /est/ rouge. Mais en y regardant de plus près, nous découvrons que ce que nous appelons génériquement « couleur » est en fait le résultat d’une interaction complexe entre des phénomènes qui appartiennent à des domaines profondément différents, de la physique à la neurobiologie en passant par les sciences culturelles, et qu’il n’est pas possible de séparer la définition de la couleur de la compréhension de ce qu’est la lumière.

La recherche de la lumière

Comprendre la « vraie nature » de la lumière est une obsession de l’homme depuis pratiquement la nuit des temps. depuis des temps immémoriaux. Au premier siècle, Lucrèce, un poète romain, reprenant les idées des philosophes atomistes, décrivait la lumière comme « composée de minuscules atomes qui, lorsqu’ils sont lancés, se précipitent dans l’espace dans la direction imprimée par l’impulsion ». Selon cette idée, la lumière était donc constituée de particules discrètes séparées les unes des autres, et les différentes couleurs pouvaient s’expliquer par la présence d’atomes de lumière de formes ou de natures différentes.

Mais les travaux les plus importants sur l’étude de la lumière et de la vision sont dus, vers l’an 1000, au savant arabe Ibn al-Haytham (également connu en Occident sous le nom d’Alhazen) : ses études d’optique et de physiologie ont jeté les bases de penseurs ultérieurs, comme Descartes vers 1600 qui, en se détachant des méditations philosophiques et en se concentrant sur les aspects mécaniques, a donné une impulsion à la science de l’optique physique telle que nous la connaissons aujourd’hui. À partir de là, l’étude de la nature de la lumière a pris la forme de l’une des diatribes les plus passionnantes de l’histoire de la physique, celle de la blessure apparemment irrémédiable entre deux théories de la lumière.

Lathéorie dite « corpusculaire » de la lumière avait en Isaac Newton son champion, ayant fourni dans ses études à la fois le cadre mathématique et quelques preuves expérimentales convaincantes : elle a donc eu une grande prééminence au 18e siècle. L’hypothèse opposée, appelée « théorie ondulatoire », considère la lumière comme une onde continue se propageant dans un milieu mince et intangible, appelé « éther », comme l’ont élaboré Huygens et Euler. La théorie ondulatoire, initialement moins appréciée, a pris de l’importance lorsque Faraday, puis Maxwell, ont éliminé le besoin d’éther, en postulant que la lumière n’était rien d’autre qu’une onde d’énergie propagée par les oscillations du champ électromagnétique. Cette hypothèse avait également l’avantage d’expliquer de manière simple les différentes « couleurs » comme étant des longueurs d’onde différentes de cette oscillation.

La théorie contemporaine de la lumière, développée par, entre autres, Plank, de Broglie et Einstein, au lieu de prendre position entre ces deux possibilités (corpusculaire/discret et ondulatoire/continu) admet les deux. En fait, dans la théorie quantique, les « particules de lumière » sont décrites comme des « paquets d’ondes », appelés photons, qui, bien qu’ayant des caractéristiques ondulatoires, ne peuvent être divisés (il n’y a pas de « demi-photon »). La difficulté conceptuelle de cette idée est que, alors que les théories précédentes tentaient de révéler la « vraie nature » de la lumière et des couleurs, la théorie quantique imagine la lumière comme un phénomène qui n’est ni une particule ni une onde, mais qui peut être décrit de temps en temps avec des outils mathématiques dérivés de ces représentations : le problème ne réside donc pas dans la « vraie nature » de la lumière, mais dans la capacité limitée de notre esprit à comprendre complètement un phénomène si éloigné de notre expérience macroscopique.

Et alors?

Mais alors, que sont les couleurs en fin de compte, et comment la lumière les crée-t-elle et nous les montre-t-elle dans toute leur extraordinaire variété? La réponse, comme nous l’avons mentionné, dépend d’une interaction complexe de facteurs, et paradoxalement de la personne à qui vous voulez poser la question. Pour un physicien, un chimiste, un neuroscientifique, un peintre, la « couleur » a une signification très différente ; la description physique que nous pouvons en donner n’est que l’une d’entre elles, sachant que d’autres définitions sont possibles. Ce que nous pouvons dire, dans tous les cas, c’est que la couleur est une propriété émergente de l’interaction de la lumière avec la matière dont est composé un objet et avec les caractéristiques de l’observateur. Nous ne pouvons donc qu’être d’accord avec Paul Cézanne: la lumière et la couleur sont si intrinsèquement liées que nous ne pouvons pas penser à l’une sans l’autre, et vice versa. Et nous avons tous une dette de gratitude envers les scientifiques qui l’ont étudiée et les peintres qui l’ont célébrée.

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