​TPE COLORIZ
Pour comprendre comment s’articulera notre expérience, il faut déjà comprendre ce qu’est la couleur au niveau atomique.
La notion de couleur est indissociable de la notion de lumière. Etudiée depuis l’aube des grands philosophes, on sait actuellement que la lumière à une double structure, à la fois ondulatoire et discontinue. Elle se comporte donc comme une onde tout en étant composée de quantas, soit d’unités indivisibles et distinctes. Les quantas lumineux sont les photons, immatériels vecteurs de l’énergie lumineuse ; à la différence des autres quantas prévus par le modèle standard, tel le boson de Higgs ou les quarks, deux photons distincts peuvent occuper le même espace en même temps ; la dimension du temps ne les affecte pas, car se déplacant à la vitesse de la lumière. Ils ne possèdent pas de masse mais peuvent interagir avec les particules élémentaires.
Un photon se déplace donc en ligne droite mais de manière ondulatoire ;
L’énergie associée à un photon est inversement proportionnelle à sa longueur d’onde ; plus celle-ci est grande, moins le photon sera énergétique. La formule de calcul de l’énergie d’un quanta est la suivante ;
E=hc/λ
Avec E l’énergie du photon en Joules
h la constante de Planck en J.s
c la célérité (vitesse de la lumière) en m.s-1
λ la longueur d’onde en mètres
Ainsi, la longueur d’onde étant au dénominateur, son augmentation entraîne la diminution de l’énergie.
La couleur est « portée » par le photon dans sa longueur d’onde ; notre œil humain détecte les couleurs allant du violet au rouge, qui sont en réalité des photons de longueur d’onde variant de 400 à 800 nanomètres (nm). Aussi, plus une couleur tire vers le bleu/violet, plus sa longueur d’onde diminue, plus son énergie augmente ; les tons indigos seront plus énergétiques que les tons carmins.
Mais la lumière n’a intrinsèquement pas de couleur, ou du moins nous ne les distinguons pas ; la raison en est que les rayons émis par le soleil regroupent des photons de toutes les longueurs d’onde, et la synthèse de leurs couleurs en fait une lumière blanche. Mais il nous est donné de voir apparaitre un spectre de décomposition de la lumière blanche dans les flaques d’huile, ou dans les arcs en ciel, voire au travers d’un prisme.
Pour répondre à cette question, il faut plonger dans l’atome.
On connait depuis Leucippe et Démocrite le concept d’atome comme d’une particule indécomposable, constituant ultime et universel de la matière. Thomson, Bohr, Rutherford, Chadwick se succèdent pour établir un modèle de plus en plus précis de cet atome ; aujourd’hui on sait qu’ils ont une structure lacunaire et un noyau autour duquel gravitent des électrons, les vecteurs de l'électricité.
Cependant, si la couleur était et est uniquement lumière, comment notre monde pourra-t-il être coloré ?
Les électrons ne sont pas libres mais gravitent en « couches électroniques », situées plus ou moins loin du noyau. Leur nombre et leur espacement sont déterminés par l’élément de l’atome ; l’hélium aura une seule couche électronique, le carbone deux, le magnésium trois…
Chacune correspond à une énergie quantifiée que les électrons possèdent exactement lors de leur présence sur cette couche, et celle-ci détermine l’éloignement de la couche au noyau de l’atome ; plus l’énergie associée à une couche est grande, plus elle sera loin du centre. Ainsi les différentes couches ont-elles rangées par ordre croissant à partir du cœur, la distance étant mesurée en énergie, soit en électronvolts.
Les électrons, à l’instar des photons, possèdent une énergie quantifiée et variable. Ils peuvent passer d’une couche à l’autre en gagnant l’énergie manquante ou en perdant l’excédent, respectivement en absorbant et émettant un quanta d’énergie pure. La valeur de l’énergie à gagner ou à perdre sera donc l’exacte différence entre la valeur de l’énergie de la couche de départ et celle de la couche d’arrivée ; on appelle de pareils déplacements des « sauts quantiques ».
La source d’énergie pour passer d’une couche inférieure à une supérieure est le photon ; capturé par l’électron, il lui donne le regain d’activité manquant pour accéder aux plus hautes couches. Lors d’une descente, un photon est émis pour compenser la différence. Mais ce n’est pas n’importe quel photon ! Seul le photon dont la longueur d’onde lui associe l’exacte énergie corespondant Ã
la différence entre deux couches sera absorbé !
En reprenant la formule citée ci-dessus, on s’aperçoit que les photons dits « visibles » (ayant une longueur d’onde entre 400 et 800 nm) ont des énergies situées entre 1,55 et 3,1 eV ; donc les atomes qui seront visibles et colorés possèderont des couches électroniques espacées d’une valeur entre 1,55 et 3,1 eV.
Voici donc comment notre monde aborde ses couleurs.
Ainsi chaque couleur a une énergie différente... Produisent-elle un effet différent sur la matière de manière visible ? C'est précisément ce que nous avons voulu vérifier.
Au fur et à mesure de l’avancement de notre réflexion, de nouveaux éléments se sont ajoutés. En cherchant à quelle échelle travailler pour déceler une possible action de la couleur sur la matière, nous nous sommes rappelé l’action de la lumière ultraviolette sur le corps ; en modifiant l’ADN par choc entre la molécule et un photon, les simples rayons ultraviolets font muter des cellules. Donc la lumière agit au niveau cellulaire.
Il faut donc trouver un matériau expérimental simple à manipuler et comportant des cellules. Les végétaux sous forme de feuilles ont été écartés en raison de leur réaction à la lumière par la photosynthèse, ce qui aurait pu brouiller les résultats.
Il nous a fallu trouver un matériau organique appartenant au règne du végétal (la matière inerte demande des installations d’observation trop complexes pour nous et nous nous refusions à prendre de la matière animale) non photosynthétique, aisé à manipuler, couper, observer, de couleur si possible blanche (donc composé d’atomes absorbant une partie de tous les rayonnements pour en rejetter une autre, de manière à n'être pas noir mais pas lumineux)…
Tout cela est bien beau, mais sur quel élément tester notre hypothèse ?
Nous avons choisi le riz.
LA THEORIE
Le riz est une matière, comme dit plus haut, organique. Végétal de la famille des graminées (renommées poacées), il regroupe l'ensemble des plantes du genre oryza. Nous avons décidé d'observer les cellules de l'albumen d'un grain de riz, soit la majeure partie du fruit.
Le riz est constitué de trois grandes parties :
- la "balle", soit l'enveloppe protectrice, constituée elle-même d'une couche dure appelée glumelle, recouverte de poils et recouvrant trois plus minces enveloppes, soit le péricarpe, le tégument (donnant sa couleur au riz rouge, noir, blanc...) et la nucelle. Le péricarpe limite l'extérieur du fruit même, collé à la paroi, classant ainsi le riz dans la famille des caryopses.
- l'embryon, moins dense, est le point de départ du germe. Siué dans la partie inférieure du grain, nos expérimentations futures montreront qu'il est constitué de cellules beaucoup plus grosses et marquées que la troisième part du grain, soit
- l'albumen, représentant environ 80% du volume d'un grain. Gélatineux lors de la cuisson, farineux à sec, c'est l'ensemble de la nourriture du germe, entreposé à l'intérieur. Les cellules albumineuses s'organisent en trois groupes ; la couche d'aleurones, des protéines granuleuses disposées en couche externe, une fine couche de cellules subaleurones, et enfin l'albumen proprement dit, soit les cellules amylacées. Comme leur nom l'indique, elles sont plus riches en amidon que n'importe quelle autre partie du riz.
Ce dernier se présente sous la forme de grains, ou de bulles ; très visible, il remplit le cytoplasme des cellules. Il est semé de protéines, noires, plus petites et plus rares ; celles-ci ne doivent pas être confondues avec le noyau, tout aussi foncé mais plus gros. Les protéines comptent entre 7 et 10% du coeur du grain, le reste étant de l'amidon. Nos expériences révèlent un amidon à dominante farineuse, avec de petits vides entre les "bulles".
La paroi cellulaire enfin, dernier élément majeur de nos observations, forme quant à elle un entrelacs de plusieurs éléments : des fibres de cellulose, rigides et au coeur de la paroi, liées par l'hémicellulose et les HRGP, et une couche externe de pectine jouant le rôle de liant pour les ions calcium qui forment les bords de la paroi. Les parois du riz sont donc naturellement pectocellulosique.
En conclusion
Nous avons choisi de travailler sur la différence d'énergie existant entre les couleurs en raison de leur longueurs d'ondes propres.
Pour cela, nous avons choisi un matériau composé de cellules amylacées, afin de l'exposer à la lumière colorée dans le but d'évaluer les possibles divergences de l'évolution des systèmes expérimentaux.
La théorie élaborée, reste à passer à la pratique, ce qui s'avère une autre paire de manches...
