Chaque fois qu’il neige, le monde devient blanc, même pour les moments les plus brefs. Aujourd’hui, nous examinons pourquoi c’est le cas.
Vous entendez probablement la chanson « White Christmas » jouée chaque fois que les vacances d’hiver se balancent. Cela montre à quel point les associations culturelles entre la neige et sa couleur — ce blanc frappant, pur et étincelant — sont profondes. Si vous y réfléchissez, cependant, quelque chose ne s’additionne pas. La neige est essentiellement composée de minuscules cristaux d’eau (glace) agglomérés les uns sur les autres. L’eau n’est pas blanche; la glace non plus, d’ailleurs.
La logique dicte qu’il doit y avoir un autre élément entrant dans le mélange pour rendre la neige, eh bien, blanche comme neige. Il y en a. Pour vous mettre en appétit, c’est essentiellement le même processus qui fait apparaître les ours polaires blancs. Voyons donc ce que c’est.
Color me surprised
Pour avoir une idée plus claire des raisons pour lesquelles la neige apparaît blanche, nous devons examiner ce qui génère la couleur en premier lieu.
Nos yeux sont essentiellement des capteurs conçus pour capter un spectre particulier de rayonnement électromagnétique — que, surprise, surprise, nous appelons le spectre de la « lumière visible ». Nous percevons différentes longueurs d’onde ou intervalles de ce spectre comme des couleurs différentes: les ondes « plus larges » nous semblent rouges, tandis que les ondes « plus étroites » semblent bleues.
La lumière est à peu près comme tout autre type de rayonnement. Lorsqu’il frappe un objet, il peut le traverser, interagir avec lui ou se refléter complètement. Les objets prennent des couleurs différentes parce que leurs blocs de construction individuels (atomes ou molécules) vibrent en réponse à différentes fréquences d’énergie (comme celle portée par la lumière). Ils absorbent une bande d’énergie particulière pour soutenir cette vibration – qui la transforme en chaleur. Les fréquences lumineuses qui ne sont pas absorbées peuvent continuer à traverser ce matériau (ce qui le rend transparent ou translucide) ou se refléter (rendant le matériau opaque).
Ce que vous voyez comme « couleur » est le mélange de tous les intervalles ou bandes d’énergie du spectre visible qu’un matériau n’absorbe pas. Pensez à la lumière blanche comme une somme de toutes les couleurs qui s’annulent. Pour obtenir une nuance particulière, alors, vous devez faire l’une des deux choses. Vous pouvez soustraire son opposé, que nous appelons son « complémentaire » (voici une roue chromatique pratique), du mélange, laissant cette couleur particulière « non annulée ». Alternativement, vous pouvez absorber toutes les autres longueurs d’onde et ne refléter que la couleur souhaitée.
A titre d’exemple, les feuilles semblent être d’un vert frais car la chlorophylle absorbe les longueurs d’onde correspondant au rouge et au bleu. Leurs couleurs complémentaires sont le vert et l’orange/ jaune. Les feuilles n’absorbent qu’une fraction des longueurs d’onde vertes, et ce qui est réfléchi crée leur couleur. Il est particulièrement intéressant de noter que la lumière du soleil est lourde dans les longueurs d’onde vertes de la lumière. Les plantes veulent de la lumière rouge et bleue car ce sont les parties les moins énergétiques du rayonnement solaire. Opter pour le spectre vert ferait en fait frire les engrenages biochimiques des feuilles.
Ne jugez pas une neige par sa couleur
Si vous mettez un morceau de glace à côté d’une poignée de neige, il est assez facile de dire que leurs couleurs ne correspondent pas. L’un ressemble essentiellement à de l’eau solide tandis que l’autre est tout brillant, blanc et certainement pas transparent. Alors qu’est-ce qui donne?
Eh bien, tout d’abord, attention aux sages: la glace n’est pas transparente — elle est translucide. Certains des atomes de la molécule de glace sont suffisamment proches pour modifier les ondes lumineuses lorsqu’ils entrent en contact. Pensez-y comme si la lumière devait se faufiler entre ces atomes lorsqu’elle traverse la glace. Cela ne dérange pas beaucoup la lumière, mais elle « plie » un peu sa trajectoire. Mettez votre doigt dans un verre d’eau, et la partie immergée aura l’air biaisée par rapport au reste de votre main; c’est le même processus au travail.
La forme et la taille font également leur apparition ici. La neige est composée de nombreux minuscules cristaux de glace empilés ensemble. Lorsque la lumière rencontre la neige, elle traverse la première couche de cristaux et se plie un peu. De là, il passe à un nouveau cristal et le processus se répète. Un peu comme une boule disco, la neige continue de réfracter la lumière jusqu’à ce qu’elle soit pliée à la sortie du tas. Puisque la glace est translucide (n’absorbe aucune longueur d’onde de la lumière), la couleur de cette lumière n’est pas modifiée, elle est donc toujours blanche lorsqu’elle sort du tas de neige pour frapper votre rétine.
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La petite taille des cristaux de glace dans la neige lui donne également ce look « mat mais pailleté ». Les objets lisses réfléchissent la lumière de manière spéculative ou comme un miroir. Les surfaces rugueuses dispersent la lumière qu’elles réfléchissent à la place, c’est pourquoi nous pouvons percevoir la texture en regardant un objet. Les cristaux dans la neige sont lisses, de sorte que chacun réfléchit la lumière de manière spéculaire. À angle droit, vous pouvez voir cela comme de minuscules reflets lumineux sur la glace. Lorsqu’ils sont groupés ensemble, cependant, les cristaux dispersent la lumière dans l’ensemble. Parce que la façon dont la lumière tombe dessus aide à créer la couleur, la neige peut prendre des nuances de bleu, de violet ou même de rose dans certaines circonstances — lorsqu’elle est dans l’ombre, par exemple.
Quant aux ours polaires, ils ne sont pas vraiment blancs. Leur fourrure est en fait assez sombre. Le pelage des ours polaires est composé de deux couches de poils, l’une courte et épaisse, l’autre un peu plus longue et plus clairsemée. Cette deuxième couche, plus longue, est composée de poils transparents à l’intérieur creux. Tout comme dans le cas de la neige, la lumière qui tombe sur ces poils se disperse (grâce aux particules diffusant la lumière à l’intérieur des noyaux creux) et est réfléchie vers l’extérieur, donnant aux ours un aspect blanc. Les particules de sel entre les poils laissés par l’eau de mer s’évaporant après une baignade renforcent encore cet effet.