1666, Angleterre. Après l’épidémie de peste qui a tué un sixième de sa population, ce sont maintenant les flammes qui ravagent la ville de Londres. Le physicien Isaac Newton peut donc se féliciter d’avoir quitté la ville !

Tranquillement installé dans la campagne anglaise, il se consacre à ses expériences sur… les arcs-en-ciel.

Barrington Bramley, Isaac Newton, copie d’après Godfrey Kneller (1689), 1992, huile sur toile, 96 x 84 cm, Institut Isaac Newton, Université de Cambridge, Cambridge
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Ces magnifiques manifestations célestes sont encore un mystère pour les scientifiques de l’époque. Plusieurs théories ont été émises : affaiblissement de la lumière dans les nuages, présence de milliers de petits miroirs dans les gouttes d’eau, manifestation divine…

Un arc-en-ciel, 2018, photo : sharonjoy17
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Mais aucune de ces théories ne convainc le jeune Newton. Pour lui, il s’agirait d’un simple phénomène d’optique. Encore faut-il le prouver...

Le physicien conçoit donc une expérience assez étonnante. Il pratique un petit trou dans les rideaux de sa chambre, de sorte que seul un fin rayon de lumière pénètre dans la pièce. Puis il positionne un prisme (morceau de verre taillé en triangle) dans l’axe de la lumière.

À l’instant où le prisme rencontre le rayon de soleil, un magnifique arc-en-ciel apparaît sur un des murs de la chambre. Newton est ravi !

John Adam P. Houston, Sir Isaac Newton analyse la lumière, illustration pour The Illustrated London New, 1870, gravure sur bois, 20 x 27 cm, collection privée, photo : © Bridgeman Images
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En passant à travers le prisme, le rayon lumineux a été réfracté, c’est-à-dire dévié, par les parois en verre du prisme. Ce faisant la lumière a été décomposée en une multitude de couleurs allant du rouge au violet.

Newton réalise alors que la lumière du Soleil n’est pas blanche, mais composée d’une infinité de couleurs.

Prisme réfractant et réfléchissant un faisceau de lumière blanche, 2010, photo : Spigget
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Deux siècles plus tard, les scientifiques comprennent qu’une couleur correspond à une grandeur physique appelée “longueur d’onde”.

En traversant le prisme, les différentes longueurs d’onde qui composent la lumière blanche (du violet au rouge) ne sont pas déviées de la même façon. Le bleu étant plus dévié que le rouge, les deux couleurs ne vont pas suivre la même “route" et seront donc toutes deux visibles.

Comme quoi, la peste noire aura malgré tout apporté quelques couleurs à la science.

Représentation linéaire, en longueur d'onde, du spectre de la lumière visible, 2014, photo : Gringer
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Pour en savoir plus :

Sur Isaac Newton (Podcast France Culture)

Sur l’expérience du prisme de Newton

Sur le phénomène de l’arc-en-ciel

Spectre lumineux
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