Vert, bleu, violet et or : une bulle fraîche est d’une beauté enchanteresse, qui brille là au soleil. Comme une perle, mais dynamique. À chaque souffle de vent, les couleurs dansent sur la surface, comme une couche d’huile sur l’eau. Mais ensuite les couleurs baissent. Ce qui reste est un noir profond : un signe avant-coureur de l’inévitable claquement.
Qu’est-ce qui cause ces couleurs? Et pourquoi coulent-ils ? Nous interrogeons Huib Bakker, professeur de chimie physique à l’UvA et directeur de l’Amolf, l’institut de physique fondamentale de la matière complexe. « La paroi d’une bulle de savon est constituée d’une coquille d’eau, prise en sandwich entre deux couches de molécules de savon », explique Bakker. « Chaque couche de savon n’a qu’un nanomètre d’épaisseur : un millionième de millimètre. La couche d’eau est plus épaisse : plusieurs centaines de nanomètres. Cette épaisseur est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde de la lumière visible. La lumière bleue, verte et rouge a des longueurs d’onde d’environ 450, 550 et 650 nanomètres, respectivement.
Nous voyons les choses parce que la lumière se reflète sur elles. La lumière atteint notre œil à travers l’objet. Cependant, une bulle fait quelque chose de spécial. « La lumière tombant sur la bulle est réfléchie à la fois par l’extérieur et l’intérieur de la bulle », explique Bakker. « La lumière réfléchie de l’intérieur parcourt une distance légèrement plus longue sur le chemin de notre œil. Cela crée des interférences.
Affaiblir ou même éteindre
L’interférence est l’interaction entre les ondes. Les ondes peuvent se renforcer si elles agissent dans le même sens au même moment, mais aussi s’affaiblir voire s’annuler si elles agissent les unes contre les autres. Cela s’applique aux ondes lumineuses, mais aussi aux ondes d’eau. Essayez-le avec un bouchon dans un bain : si vous laissez les vagues s’entrechoquer, vous pouvez faire rebondir le bouchon plus ou moins.
Ainsi en est-il de la lumière qui tombe sur la bulle. Qui se compose de toutes les couleurs. Mais la couche d’eau provoque des interférences dans toutes ces couleurs dans la lumière réfléchie. « Les couleurs qui sont améliorées ou affaiblies dépendent de l’épaisseur locale de la paroi de la bulle », explique Bakker. « Par exemple, à un certain endroit, le mur est si épais que la lumière bleue est amplifiée et la lumière rouge est atténuée. À cet endroit, vous voyez la bulle bleue. A un autre endroit, le mur est un peu plus épais et on peut voir la bulle rouge.
Ce même phénomène explique les couleurs de la perle, des couches d’huile sur l’eau et des plumes irisées d’oiseaux et de coléoptères. Avec des bulles de savon, il explique aussi la dynamique des couleurs. Une rafale de vent pousse des bosses dans le mur, changeant l’interférence et faisant danser les couleurs. Et grâce à la gravité, l’eau coule entre les deux couches de savon. Bakker : « Cela modifie également l’épaisseur du mur et vous verrez les couleurs changer. »
Lisez un épisode de la section Sciences au quotidien : Bulles d’air colorées et incolores
Mais pourquoi la bulle apparaît-elle noire après tout ? Si la lumière se reflète sur la transition de l’air à l’eau, ce qu’on appelle un saut de phase se produit, explique Bakker. ‘Haut’ devient ‘bas’, et vice versa, dans l’exemple du bouchon. A l’autre transition, celle de l’eau à l’air, il n’y a pas de saut de phase. Vous remarquerez que dès que la couche d’eau devient négligeable. Ensuite, les ondes se reflétant à l’extérieur et à l’intérieur commencent à s’annuler.
Bakker : « À mesure que le mur s’amincit, l’extinction devient de plus en plus efficace et la lumière réfléchie devient de plus en plus faible. Cela s’applique à toutes les couleurs. Juste avant qu’elle n’éclate, la bulle est tout au plus noire.