1800, Angleterre. Sir Frederick William Herschel, astronome du roi George III, s'est calfeutré dans son laboratoire et ne laisse passer qu'un rai de lumière à travers la fenêtre. Serait-il malade ?

Pas du tout, il est en pleine expérience… sur le soleil ! Plus précisément, il pense que chaque couleur de la lumière apporte une quantité de chaleur différente. Il a donc conçu une expérience astucieuse pour vérifier son hypothèse.

Lemuel Francis Abbott, Portrait de William Herschel, 1785, huile sur toile, 76,2 x 31 cm, National Portrait Gallery, Londres
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Il décompose la lumière blanche du soleil avec un prisme optique (qui fait apparaître l'arc-en-ciel de couleurs dans cet ordre : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet). Il place alors des thermomètres sous les rayons de couleur, et d'autres "témoins" pour contrôler la température de la pièce.

Il constate d'abord que toutes les couleurs ont des températures supérieures à celle du thermomètre témoin : son hypothèse est confirmée, la lumière apporte bien de la chaleur !

Dispersion de la lumière blanche dans un prisme optique en verre blanc, photo : Zátonyi Sándor
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Mais ce n'est pas tout ! Avant son expérience, il imaginait que la couleur la plus chaude serait au centre de l'arc-en-ciel (vers le vert). Mais il remarque au contraire que la température augmente dans l'ordre des couleurs : le violet est la couleur la plus froide et le rouge, qui se trouve à l'autre extrémité est la couleur la plus chaude !

Les thermomètres sont sous la lumière rouge et chauffent beaucoup, illustration Artips Sciences
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Il place alors un thermomètre au-delà du rouge, là où nos yeux ne voient rien. Et c'est une surprise ! Il découvre une zone qui chauffe plus que toutes les autres. C'est la preuve de l'existence d'un rayonnement inconnu, que Herschel va nommer rayon "calorifique" (qui produit de la chaleur), aujourd'hui appelé "infrarouge" (en dessous du rouge).

Les thermomètres sont sous la lumière invisible au-delà du rouge et chauffent encore plus ! Illustration Artips Sciences
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Herschel effectue des expériences supplémentaires sur ces rayons et découvre qu'ils ont les mêmes propriétés que la lumière visible : ils sont réfléchis sur un miroir, déviés en traversant des milieux différents, etc. D'autres "lumières invisibles", bien connues aujourd’hui, seront découvertes par d’autres scientifiques : les ultraviolets, ondes radios, rayons X et rayons gamma.

Rétroréflexion dans un prisme, 2005, photographie, photo : Zátonyi Sándor
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Mais c'est bien Herschel qui, le premier, a démontré qu'il existait des types de lumière que nous ne pouvons pas voir avec nos yeux. Brillant !

À gauche : Willémite sous la lumière naturelle / À droite : Willémite devenue fluorescente sous la lumière ultraviolette, 2017, photographie : Jud McCranie
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Pour en savoir plus :

Sur l’expérience de Herschel

Sur le rayonnement infrarouge

Rendu en fausse couleur de la nébuleuse d'Orion par le téléscope infrarouge VISTA, 2010, photographie, photo : ESO/J. Emerson/VISTA
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