L’Académie des sciences lance sa première série de podcasts en partenariat avec Canal Académies. Au micro, Étienne Ghys, l’un de ses deux secrétaires perpétuels : « J’aime parler de science et donner la parole à ceux qui la font, en France ou ailleurs, mais aussi à ceux qui s’y intéressent, qui l’utilisent ou qui travaillent avec des scientifiques. Les thèmes seront choisis au gré de mes rencontres, de l’actualité, des questions que l’on me pose, des échanges et des conférences auxquelles j’assiste, de ce qui pique ma curiosité. » Cortex Média a retranscrit ces échanges, à lire ci-dessous.
Une couleur existe-t-elle réellement telle que nous la voyons ? Pourquoi certaines étoiles paraissent-elles rouges ou bleues ? Et lorsque les astronomes publient les spectaculaires images du télescope spatial James-Webb, observons-nous vraiment les couleurs de l’Univers ?
Étienne Ghys reçoit Guy Perrin, astronome et astrophysicien, pour explorer le mot « couleur », comprendre ce que la lumière nous révèle des étoiles et découvrir comment les scientifiques traduisent en images des rayonnements que notre œil ne peut pas percevoir.
Étienne Ghys : Je suis face à Guy Perrin. Guy, vous êtes astronome ou astrophysicien ?
Guy Perrin : Je suis astronome de métier et de fonction, mais aussi astrophysicien de métier.
Étienne Ghys : Quelle est la différence ?
Guy Perrin : La différence est historique. Au départ, il n’y avait que des astronomes. L’arrivée de la décomposition de la lumière, en couleurs notamment, a permis de faire de la physique à partir des observations spectroscopiques. On a alors créé l’« astronomie physique », qui est devenue l’astrophysique. Il y a eu une sorte de querelle des anciens et des modernes : les anciens étaient plutôt astronomes, les modernes plutôt astrophysiciens.
Étienne Ghys : Quel mot souhaites-tu qu’on décortique aujourd’hui ?
Guy Perrin : Le mot « couleur ».
Étienne Ghys : Magnifique. Dis-nous d’abord : qu’est-ce qu’une couleur ?
Guy Perrin : Une couleur est liée à la lumière. La lumière peut être décrite comme une onde, à laquelle on associe une fréquence, une période ou une longueur d’onde. Des ondes de différentes longueurs d’onde ou de différentes fréquences correspondent à différentes couleurs. Cela vaut pour des ondes monochromatiques, constituées d’une seule couleur. Mais on peut aussi avoir des lumières polychromatiques composées de différentes longueurs d’onde.
Étienne Ghys : Il existe donc une infinité de couleurs puisqu’il existe une infinité de longueurs d’onde. En revanche, notre œil ne capte essentiellement que trois couleurs et leurs combinaisons.
Guy Perrin : Absolument. Notre sensibilité va du violet au rouge.
Étienne Ghys : Cela veut dire qu’on peut avoir deux lumières physiquement différentes mais que nous percevons de la même façon. C’est assez mystérieux. Les autres animaux ont-ils une sensibilité différente de la nôtre aux couleurs ?
Guy Perrin : Certains animaux voient effectivement des couleurs que nous ne voyons pas.
Étienne Ghys : Les papillons, m’a-t-on dit !
Guy Perrin : Les papillons, par exemple. Certains animaux sont sensibles à des longueurs d’onde que nous ne percevons pas.
Étienne Ghys : Si je peux me permettre une petite critique des astronomes, ils sont vendeurs de très belles images, souvent surprenantes et magnifiques. C’est le cas, par exemple, des images du télescope spatial James-Webb. Mais ce télescope observe essentiellement dans l’infrarouge, que nous ne pouvons pas voir. Ensuite, ces images sont traduites pour entrer dans notre champ visuel et que nous puissions les admirer. Pourtant, on entend rarement les astronomes dire : « Attention, ces images ne correspondent pas directement aux couleurs que vos yeux verraient. »
Guy Perrin : Ça dépend de ce qu’on entend par astronome. Il y a l’astronome qui fait son travail scientifique et publie ses résultats, et l’astronome qui travaille avec une institution et doit partager ce travail avec le grand public.
Étienne Ghys : C’est surtout de ce second type d’astronome que je parlais.
Guy Perrin : Prenons une image infrarouge. Nous ne pouvons pas la voir directement. Il faut donc traduire l’infrarouge en couleurs visibles, avec du vert, du bleu, du rouge. On définit une échelle de couleurs qui traduit l’information observée.
Étienne Ghys : Est-ce que cette traduction est toujours la même ? Ou peut-on se dire : ce serait plus beau si je mettais du bleu ici ou du rouge là ?
Guy Perrin : Il y a une part de choix. Cela dépend notamment de ce que l’on souhaite mettre en évidence et de la manière dont on veut rendre l’information perceptible.
Étienne Ghys : Est-ce que les astronomes ont une table de correspondance fixe entre les longueurs d’onde infrarouges et les couleurs visibles utilisées pour les représenter ?
Guy Perrin : Non, il n’existe pas un code couleur unique.
Étienne Ghys : Dis-moi quelques mots sur Tintin et L’Étoile mystérieuse. On y voit un astronome avec des spectres. Qu’est-ce qu’un spectre exactement ?
Guy Perrin : Un spectre, c’est la distribution de la lumière en fonction de sa longueur d’onde. C’est justement avec ce type d’étude que l’on est passé de l’astronomie à l’astrophysique.
Étienne Ghys : Comment ça fonctionne et à quoi ça sert ?
Guy Perrin : Si on disperse la lumière avec un prisme, par exemple, on obtient un spectre. C’est ce que représente notamment la pochette de The Dark Side of the Moon de Pink Floyd : la lumière entre dans un prisme et ressort décomposée en différentes couleurs. Cette décomposition permet ensuite de déduire des caractéristiques physiques des objets : la température d’une étoile, celle d’un milieu, sa vitesse, la pression, voire certaines propriétés de champs magnétiques. C’est pour cela que la lumière et sa décomposition en couleurs sont extrêmement importantes en astrophysique.
Étienne Ghys : On peut déterminer le type d’une étoile en regardant la distribution de son énergie selon les fréquences.
Guy Perrin : Absolument. C’est ainsi que l’on classe les étoiles selon leur spectre.
Étienne Ghys : Cela me rappelle une ancienne classification des étoiles avec cette phrase mnémotechnique très sexiste : « Oh, be a fine girl, kiss me », pour O, B, A, F, G, K, M.
Guy Perrin : On peut aussi dire « Oh, be a fine guy » ! Cela fonctionne pour les hommes et pour les femmes.
Étienne Ghys : Donc ce n’est plus aussi sexiste que ce qu’on m’avait appris quand j’étais adolescent.
Guy Perrin : Ce ne l’est plus, pour être honnête.
Étienne Ghys : Donc les étoiles de type O sont les plus chaudes ?
Guy Perrin : C’est ça, et les étoiles M sont les plus froides.
Étienne Ghys : Les plus chaudes sont les plus jaunes ?
Guy Perrin : Elles sont même les plus bleues. Et les plus froides sont les plus rouges. C’est exactement l’inverse de la convention que l’on utilise pour l’eau chaude et l’eau froide.
Étienne Ghys : Parle-moi un peu du James-Webb Telescope. Pourquoi a-t-on choisi l’infrarouge plutôt qu’une autre partie du spectre ?
Guy Perrin : Il y a plusieurs raisons. On souhaite notamment observer des objets extrêmement anciens. Comme l’Univers est en expansion, la lumière provenant des objets très lointains est décalée vers le rouge. Plus on regarde loin dans le passé, plus les objets apparaissent « rouges ». Il est donc intéressant de disposer d’un télescope très sensible dans l’infrarouge. Il existe aussi d’autres raisons scientifiques, par exemple pour observer certaines planètes autour de certaines étoiles.
Étienne Ghys : Revenons à l’idée initiale du podcast, celle des mots ou des concepts qui sont mal compris. Est-ce que tu penses que le grand public sait qu’une étoile possède une couleur ou un spectre, et qu’à partir de cette information on peut déduire énormément de choses ?
Guy Perrin : Déjà, constater que les étoiles ont des couleurs n’est pas forcément évident lorsqu’on ne le sait pas. Quand on regarde un ciel très pur, par une nuit noire, notre œil perçoit surtout des choses blanches. La Voie lactée elle-même apparaît comme une traînée blanchâtre. C’est lié à notre perception. Au fond de l’œil, nous avons notamment des cônes, qui permettent de percevoir les couleurs, et des bâtonnets, beaucoup plus sensibles lorsque la luminosité est faible mais qui donnent essentiellement une perception en nuances de gris. La plupart des étoiles sont trop faibles pour que notre œil perçoive facilement leur couleur. Mais certaines étoiles très brillantes permettent de la distinguer. Bételgeuse, par exemple, apparaît plutôt orangée. Rigel apparaît plus bleue. Elles appartiennent à des types d’étoiles très différents.
Étienne Ghys : Quel conseil me donnerais-tu si je voulais montrer la couleur d’une étoile à un adolescent ou à un adulte ? Faut-il un appareil spécial ou peut-on la voir à l’œil nu ?
Guy Perrin : Pour les étoiles les plus brillantes, cela se voit à l’œil nu.
Étienne Ghys : Et avec des jumelles ?
Guy Perrin : Avec des jumelles, cela change énormément de choses. L’ouverture de l’instrument est beaucoup plus grande que la pupille de l’œil. On collecte donc davantage de lumière et on devient beaucoup plus sensible aux couleurs.
Étienne Ghys : Donc le conseil, c’est de prendre des jumelles, de regarder le ciel et là, on verra Van Gogh ?
Guy Perrin : On verra en tout cas davantage de couleurs pour les objets suffisamment brillants.
Étienne Ghys : Depuis quand a-t-on compris qu’une étoile possède un spectre et que ce spectre permet de dire beaucoup de choses ?
Guy Perrin : Essentiellement depuis la fin du XIXe siècle. On a commencé à pointer des spectrographes vers les étoiles et à observer la distribution de leur lumière. C’est comme cela qu’on a compris que l’on pouvait détecter des atomes et des molécules dans le spectre des étoiles. L’hélium, par exemple, a d’abord été détecté grâce au Soleil. Son nom vient d’ailleurs d’Hélios, le Soleil.
Étienne Ghys : Quand j’étais adolescent, mon professeur de physique m’avait raconté quelque chose qui m’avait perturbé. Il disait qu’il existait un paradoxe : puisqu’il y a un nombre immense d’étoiles qui envoient toutes de la lumière, le ciel nocturne devrait être totalement lumineux. Cela porte un nom : le paradoxe d’Olbers, c’est ça ?
Guy Perrin : Oui, du nom d’un physicien allemand.
Étienne Ghys : Comment comprend-on ce paradoxe ?
Guy Perrin : D’abord, il n’y a pas une infinité d’étoiles : il y en a énormément, mais en nombre fini. Et surtout, l’Univers est en expansion. C’est l’une des raisons pour lesquelles le ciel n’est pas uniformément lumineux.
Étienne Ghys : Elles s’éloignent de nous, en fait.
Guy Perrin : Elles s’éloignent de nous et leur lumière est décalée vers le rouge. Pour les objets les plus éloignés, une partie du spectre peut même sortir du domaine auquel notre œil est sensible.
Étienne Ghys : Dis-moi en quelques mots comment le petit Guy s’est intéressé à l’astronomie. Le petit Étienne était très intéressé par l’astronomie, mais la vie ne m’y a pas mené. J’ai toujours gardé une fascination pour cette discipline. Quelle trajectoire as-tu suivie ?
Guy Perrin : Pour moi, c’est presque l’inverse. Je me suis intéressé à l’astronomie assez tard, vers 21 ans, à la suite d’une rencontre que je n’avais pas du tout prévue. Pendant mon service militaire, j’avais un camarade de promotion qui voulait devenir astronome professionnel et qui est aujourd’hui professeur d’astronomie. Une de mes grands-mères m’avait aussi offert un livre d’Hubert Reeves. La conversation a commencé comme cela. Petit à petit, je me suis dit que j’allais faire une thèse en astronomie.
Cela a donc commencé presque par hasard.
Étienne Ghys : Aujourd’hui, y a-t-il une composante mathématique ou théorique importante dans ton travail ?
Guy Perrin : Oui. J’ai conservé cette appétence et j’ai même publié récemment un article en mathématiques appliquées.
Étienne Ghys : On peut dire que, pendant longtemps, l’enseignement de l’astronomie et celui des mathématiques étaient très liés.
Guy Perrin : Absolument. Pendant longtemps, l’astronomie était avant tout une astronomie de position. On avait donc besoin des mathématiques et de la physique. Ensuite, cela ne s’est pas simplifié, si je puis dire : relativité générale, ondes gravitationnelles, physique théorique… Les mathématiques restent extrêmement importantes pour faire de l’astronomie à très haut niveau.
Étienne Ghys : Tu me parlais d’Hubert Reeves, qui a participé à ton intérêt pour l’astronomie. Je vais citer un autre grand vulgarisateur que j’ai lu lorsque j’avais 12 ou 13 ans : George Gamow et sa série de livres autour de M. Tompkins.
Guy Perrin : Oui, mais je ne les ai pas lus.
Étienne Ghys : Gamow a aussi écrit Un, deux, trois… l’infini. Je le connais presque par cœur tellement il m’a impressionné. Il y explique à la fois des mathématiques, de l’astronomie, les étoiles et les spectres. Je trouve important qu’il existe des personnes comme Hubert Reeves ou Gamow capables de planter cette petite graine chez les adolescents.
Guy Perrin : Absolument. C’est essentiel. L’astronomie permet aussi de montrer les liens entre énormément de disciplines : les mathématiques, la physique, la chimie, l’informatique, l’intelligence artificielle et, peut-être un jour davantage encore, la biologie avec l’exobiologie. C’est une formidable source de curiosité. Et il faut nourrir cette curiosité.
Étienne Ghys : La question que je pose à tout le monde : est-ce qu’une musique pourrait illustrer ton propos ? Est-ce qu’une musique peut illustrer la couleur ?
Guy Perrin : Je pense que oui. Tout à l’heure, j’ai évoqué la dispersion de la lumière par le prisme sur la pochette de The Dark Side of the Moon de Pink Floyd.
Sinon, puisqu’on parlait de la lumière des étoiles, il y a évidemment Here Comes the Sun des Beatles. Le Soleil, les étoiles et la lumière sont une source d’inspiration pour beaucoup de musiciens.
