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Se faire invisible, ou presque


Paru dans : Se faire invisible, ou presque J.M. Courty et E. Kierlik, Pour la Science N°384, (octobre 2009)

Pour que le corps de certains animaux soit en partie invisible, la transparence des tissus ne suffit pas.

Extrait

Pour un animal, l’invisibilité peut, en le dissimulant à ses prédateurs, constituer un avantage considérable. De nombreux organismes marins sont composés de tissus biologiques qui n’absorbent pas la lumière. Pourtant, peu sont réellement invisibles. Si l’évolution n’a pas favorisé l’invisibilité, c’est que cette propriété est difficilement compatible avec la vie. Pourquoi ? La physique livre quelques pistes.

La première condition pour ne pas être vu est de ne pas absorber la lumière visible, c’est-à-dire d’être transparent. C’est le cas de presque toutes les molécules organiques qui composent les êtres vivants. Hélas, pour les animaux terrestres, quelques composés viennent gâcher une situation apparemment favorable : citons notamment les pigments de la peau ou du pelage qui protègent des rayons du soleil, ou l’hémoglobine qui absorbe le jaune, le vert et le bleu. En revanche, dans le milieu marin, quelques mètres d’eau absorbent l’essentiel du rayonnement ultraviolet et seuls les vertébrés ont de l’hémoglobine.

Mais la transparence des matières ne garantit pas à elle seule l’invisibilité. Alors que l’eau et le verre n’absorbent pas (ou si peu) la lumière visible, nous voyons sans difficulté la surface d’une goutte d’eau ou d’une vitre, qui réfléchissent une partie de la lumière. Et nous sommes incapables de percer un brouillard, composé de minuscules gouttelettes d’eau qui diffusent la lumière dans toutes les directions. Pour devenir invisible, il faut donc aussi éviter de réfléchir la lumière et de la diffuser.

Éliminer les reflets

Comment faire ? Commençons par la réflexion. Lorsque la lumière arrive à angle droit sur l’interface entre deux milieux, la puissance lumineuse réfléchie varie à peu près comme le carré de la différence des indices de réfraction optique. Pour chaque face d’une vitre en verre, dont l’indice est de 1,5 (l’air étant d’indice 1), elle est égale à quatre pour cent de la puissance incidente. Ainsi, une vitre laisse passer 92 pour cent de la lumière et en réfléchit 8. Les yeux de l’homme et de la plupart des animaux, qui sont sensibles à des contrastes d’intensité lumineuse de l’ordre de un ou deux pour cent, décèlent donc aisément une vitre.

Les êtres vivants n’étant pas en verre, qu’en est-il de la matière organique ? L’indice optique des tissus biologiques est à peu près proportionnel à leur densité ; il s’échelonne entre 1,35 pour le cytoplasme à 1,55 pour des protéines en arrangement compact. Dans l’air, les taux de réflexion varieraient entre deux et cinq pour cent : trop pour être invisible. En revanche, dans l’eau, dont l’indice est plus élevé (1,34), les taux de réflexion tombent entre 0,001 et 0,5 pour cent.

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384_Image1_Invisible

Bon nombre d’organismes marins vivant à des profondeurs moyennes (quelques centaines de mètres) sont partiellement invisibles. Ils ne sont pas seulement transparents. D’une part, les reflets lumineux sont atténués grâce à une faible différence entre l’indice de réfraction de l’eau et celui des tissus anatomiques. D’autre part, la diffusion de la lumière est réduite grâce à une structure homogène des tissus à l’échelle des longueurs d’onde lumineuses. (dessin Bruno Vacaro )

Références

  • S. Johnsen, Hidden in plain sight : The ecology and physiology of organismal transparency, Biol. Bull., vol. 201, pp. 301-318, 2001.
  • I. Grillo, Small-angle neutron scattering study of a world-wide known emulsion : Le Pastis, Colloids and Surfaces A, vol. 225, pp. 153-160, 2003.
  • S. Johnsen, Les animaux transparents, Pour la Science, n° 281, mars 2001.

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