Rayons qui sont perdus sur le chemin

2009/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Irudiak/Soinuak
• Fisika

On dit que dans le tableau de Las Meninas on voit de l'air, que Velázquez a peint la même atmosphère. Velázquez était un maître, il ne fait aucun doute qu'il attrapait à l'œil nu le jeu de la lumière et portait ce jeu avec une grande habileté au tableau.

Cependant, Velázquez n'a pas peint l'atmosphère, mais la distance à laquelle se trouvent les objets et les personnes. Les proches ont une grande précision et un contraste, tandis que les lointains voient la lumière qui a traversé quelques mètres d'air, plus diffuse et moins contrastée. Plus ou moins ainsi nous voyons la réalité. L'un des plus grands mérites de Velázquez est précisément sa conscience.

L'atmosphère semble transparente, mais elle ne l'est pas. C'est comme le verre, le verre n'est pas transparent, ni lentilles de verre (demander aux astronomes). C'est pourquoi nous voyons ce qui est loin, parce qu'il traverse un environnement non totalement transparent et sur le chemin la lumière perd de l'intensité.

Après 196 ans après la fin de Velázquez à Las Meninas, l'Allemand August Beer a expliqué ce flou de lumière et a élaboré une formule mathématique pour calculer la perte d'intensité de la lumière dans l'atmosphère en chiffres.

L'air absorbe et dévie la lumière. Certains composants de l'air absorbent la lumière, d'autres la dévie et d'autres, les deux choses à la fois. Ainsi, à mesure que l'air est passé, la lumière perd de l'intensité, plus ou moins, en fonction de la proportion de composants de l'air.

Beer est parti des travaux d'autres scientifiques antérieurs, notamment le français Pierre Bouguer. Un autre scientifique, l'Allemand Johann Heinrich Lambert, a mentionné dans un livre l'œuvre de Bouguer, et nous appelons aujourd'hui la loi de Lambert-Beer à la formule de Beer.

Distance à deux

La formule affirme que la lumière perd l'intensité quadratique, c'est-à-dire qu'elle est perdue en fonction du carré de la distance qu'elle traverse. La perte est très rapide : si un mètre dans l'air perd une intensité déterminée, au bout de deux mètres la perte est quatre fois plus grande (parce que le carré du nombre deux est quatre) et neuf fois plus grande (trois à deux) à trois mètres.

Ainsi, il semble mensonge que les rayons du soleil atteignent la surface terrestre, mais ils arrivent. Sur le chemin du Soleil dans l'atmosphère de la Terre la lumière n'a pas d'obstacles et arrive avec beaucoup d'intensité. Il faut ajouter que la partie supérieure de l'atmosphère n'est pas aussi compacte que la partie inférieure. Il absorbe et dévie beaucoup moins de lumière.

L'œil humain ne connaît pas la perte quadratique d'intensité lumineuse. Il n'utilise pas de formules. Il détecte la perte et voit plus diffus ce qui est loin que le proche. La main de Velázquez ne connaissait pas non plus la formule et, cependant, il était capable de refléter cet effet dans les peintures.

Mais tous les illustrateurs d'aujourd'hui n'ont pas la compétence de Velázquez. Par exemple, pour simuler l'effet avec un ordinateur, la loi de Lambert-Beer est nécessaire. En fait, le logiciel de réalisation d'images tridimensionnelles utilise des formules similaires à celles de Lambert-Beer pour simuler la réalité. La couleur de chaque point de l'image est calculée par la technique appelée raytracing (terme anglais qui signifie continuité de la trajectoire des rayons).

L'ordinateur calcule les trajectoires concrètes des rayons lumineux, des sources de lumière à la collision avec d'autres objets qui apparaissent dans l'image, et calcule la perte d'intensité de ces derniers sur le chemin par une formule quadratique.

La simulation de la réalité implique nécessairement le calcul de la perte quadratique d'intensité. Heureusement, la beauté n'est pas synonyme de réalisme ; toutes les images qui nous semblent belles ne sont pas une simulation fidèle de la réalité (même si elles semblent réelles). Plusieurs fois, intentionnellement, des formules non quadratiques sont utilisées pour calculer la perte d'intensité de la lumière: linéaire, quadratique, etc. (y compris selon une formule inventée par le graphiste lui-même).

Nous pouvons maintenant nous interroger sur l'œuvre de Velázquez. Quelle perte d'intensité avez-vous utilisé pour obtenir un résultat si spectaculaire dans le cadre de Las Meninas?