Ce matin, en faisant la vaisselle, j'ai versé une goutte de liquide vaisselle dans l'évier. Un film s'est formé aussitôt à la surface de l'eau stagnante et les couleurs sont arrivées presque immédiatement — vert pâle, puis rose, puis violet en bordure. La question s'est imposée d'elle-même : d'où viennent ces couleurs, si le savon est lui-même parfaitement incolore ?
Fait observé. Le film mince produit des franges colorées qui changent quand on souffle dessus ou quand l'épaisseur varie. C'est reproductible, indépendant de la marque du produit.
Théorie largement admise — interférences en couche mince. La lumière blanche frappe le film (épaisseur de l'ordre de quelques centaines de nanomètres, soit ~10⁻⁷ m). Une partie se réfléchit sur la face supérieure, une autre traverse, se réfléchit sur la face inférieure, et remonte. Les deux faisceaux se recombinent. Selon l'épaisseur e et l'indice de réfraction du savon (n ≈ 1,35, valeur typique pour une solution aqueuse), la différence de chemin optique vaut 2ne. Quand cette valeur coïncide avec un multiple entier de λ pour une couleur donnée, cette couleur est renforcée ; quand c'est un demi-entier, elle est annulée.
Un ordre de grandeur rapide : pour le vert (λ ≈ 550 nm), le premier maximum de réflexion survient pour e ≈ 550 / (2 × 1,35) ≈ 200 nm. C'est cohérent avec l'épaisseur réelle d'un film frais, avant qu'il ne s'amincisse jusqu'à devenir "noir" — tellement mince que toutes les longueurs d'onde s'annulent simultanément.
Ma propre supposition, à confirmer. Le film s'amincit par gravité plus vite en haut qu'en bas, ce qui expliquerait les bandes horizontales qu'on voit sur une bulle verticale. Mais la dynamique fine des films savonneux relève de la physico-chimie des interfaces — un domaine où je manque de formation sérieuse. Je ne suis plus sûr au-delà de cette intuition.
Ce qui m'a frappé, c'est la délicatesse de l'échelle. Deux cents nanomètres, c'est environ quatre cents fois plus petit qu'un globule rouge. Pourtant c'est suffisant pour sélectionner une couleur dans le spectre visible, juste parce que la lumière se réfléchit deux fois sur elle-même. Une machine à filtrer faite de rien.
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