🫧 Les couleurs des bulles de savon
Une bulle de savon n'a pas une goutte de colorant, et pourtant elle brille de toutes les couleurs ! Le secret : son film d'eau est plus fin qu'une longueur d'onde de lumière, et deux reflets se font concurrence. Regarde la bulle s'amincir, se strier de couleurs… puis devenir noire juste avant de faire pop.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- La lumière se réfléchit deux fois : sur la face avant du film (rayon 1) et sur sa face arrière (rayon 2). Le rayon 2 a parcouru 2e de plus dans l'eau, et le rayon 1 est décalé d'une demi-longueur d'onde par sa réflexion air → eau.
- Pour une épaisseur donnée, certaines couleurs ressortent en phase (renforcées) et d'autres en opposition de phase (éteintes) : on voit la couleur complémentaire des couleurs éteintes.
- L'eau s'écoule vers le bas : le haut s'amincit, les bandes colorées descendent et deviennent plus larges, celles du bas sont plus serrées et plus pâles (le film y est épais).
- Quand le film devient beaucoup plus fin que λ, la différence de marche vaut λ/2 pour toutes les couleurs : tout est éteint, c'est le film noir. La bulle éclate peu après.
- En lumière du sodium (une seule couleur), on ne voit plus de couleurs mais des franges claires et sombres : chaque frange sombre correspond à 2ne = kλ.
Expériences à faire
- Laisse la bulle s'amincir : dans quel ordre apparaissent les couleurs en haut de la bulle juste avant le film noir ?
- Promène la loupe et regarde le spectre : quand le vert est éteint, quelle couleur vois-tu ? Et quand c'est le bleu ?
- Passe en lumière du sodium et fige la bulle : compte les franges sombres. Que se passe-t-il si tu doubles l'épaisseur du bas ?
- Remplace l'eau savonneuse (n = 1,33) par un liquide d'indice 1,6 : les franges se resserrent-elles ou s'écartent-elles ? Pourquoi ?
- Avec « ✏️ Ma lumière », passe du rouge au violet sans toucher à la bulle : comment bougent les franges sombres ?
La physique derrière l'animation
- Lame mince d'indice n et d'épaisseur e, en incidence presque normale : la différence de marche entre les deux rayons réfléchis vaut δ = 2 n e + λ/2 (le λ/2 vient de la réflexion sur un milieu plus réfringent, air → eau).
- Interférences destructives (couleur éteinte) : δ = (k + ½) λ ⇔ 2 n e = k λ. Interférences constructives (couleur renforcée) : δ = k λ ⇔ 2 n e = (k − ½) λ.
- L'intensité réfléchie varie comme sin²(2π n e / λ) : en lumière blanche, chaque épaisseur éteint quelques longueurs d'onde et en renforce d'autres, d'où une couleur ; si e ≪ λ, tout est éteint (film noir).
- En lumière monochromatique, on observe des franges ; de l'une à la suivante, l'épaisseur varie de Δe = λ / (2n), soit environ 220 nm pour la lumière du sodium (589 nm) dans l'eau savonneuse.
- Les mêmes interférences colorent les flaques d'huile, les ailes de certains papillons ou les traitements antireflet des lunettes (couche d'épaisseur λ / (4n)).
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