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Sep
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Du sang bleu dans les veines ?

Paru dans : Du sang bleu dans les veines J.M. Courty et E. Kierlik, Pour la Science N°395, (septembre 2010)

À travers la peau, nous voyons les veines bleues, alors que le sang est rouge : notre cerveau et l’interaction de la lumière avec la peau nous jouent des tours…

Extraits

Quelle est la couleur du sang ? Rouge, bien sûr. Pourtant, force est de constater que les veines de nos avant-bras ont une teinte bleutée… Pour démêler cette apparente contradiction, il faut d’abord comprendre comment la lumière visible pénètre dans notre peau. Mais on verra que cela ne suffit pas !

Commençons par tordre le cou à une idée reçue. Les schémas anatomiques classiques figurent en rouge les artères qui irriguent nos organes, et en bleu les veines qui en reviennent. Or le sang n’est jamais bleu. Le sang oxygéné qui quitte nos poumons est bien d’un beau rouge cerise, mais, une fois l’oxygène cédé aux organes, il est rouge sombre. Comment se fait-il alors que les veines nous apparaissent bleutées ? Remarquons que les petits vaisseaux sanguins superficiels sont bien rouges. Il faut donc chercher l’explication dans la façon dont la lumière traverse notre peau.

Diffusion, absorption et illusion

La peau et la chair diffusent la lumière. Une partie des photons sont absorbés lors de leur cheminement dans les tissus, mais une fraction d’entre eux réussissent à traverser les doigts de la main. Les photons rouges sont, globalement, moins absorbés que les photons bleus. C’est pourquoi la lumière (diffuse) qui émerge de la main éclairée par une lampe est rougeâtre. (Dessin : Bruno Vacaro)

De la même façon, notre peau et nos tissus sont des milieux diffusants. Pour s’en convaincre, plaçons une petite lampe, ou encore mieux un pointeur laser, derrière l’un de nos doigts ; on voit que de la lumière rouge a traversé, par diffusion, la peau et la chair (voir la figure 1).

Les photons peuvent aussi être absorbés. L’absorption dans la peau est essentiellement due à la mélanine, pigment protecteur situé dans l’épiderme et qui absorbe la lumière bleue et ultraviolette (c’est la concentration de mélanine qui détermine la couleur de la peau de l’individu). En outre, les photons peuvent être absorbés par l’hémoglobine des vaisseaux sanguins situés dans le derme ; cette molécule absorbe aussi sélectivement la partie bleutée de la lumière.

Comment ces deux phénomènes, la diffusion et l’absorption, contribuent-ils à l’aspect de notre peau ? D’une épaisseur comprise entre 1,5 et 4 millimètres, la peau est formée de l’épiderme, une couche cornée superficielle composée de cellules imprégnées de kératine et organisées en lamelles, et du derme constitué de fibres de collagène.

Ces deux milieux diffusent davantage la lumière bleue, de petite longueur d’onde (autour de 0,45 micromètre), que la lumière rouge, de longueur d’onde supérieure (autour de 0,63 micromètre). Les photons bleus sont déviés (diffusés) tous les 0,3 millimètres en moyenne, tandis que les photons rouges le sont tous les 1 millimètres. Dans les deux cas, la diffusion a lieu avec une nette préférence vers l’avant : il faut donc de multiples diffusions pour que ces photons ressortent dela peau (voir la figure 2).

En chemin, les photons peuvent être absorbés ; un photon bleu est absorbé après avoir parcouru 5 millimètres en moyenne, tandis qu’un photon rouge peut parcourir 40 millimètres. Ainsi, lorsque des photons rouges réémergent, ils ont en moyenne parcouru un chemin plus long et ont pénétré plus profondément dans la peau que les photons bleus. Mais comme ils sont très peu absorbés, les photons rouges restent plus nombreux : pour un humain à la peau « blanche », environ 50 pour cent d’entre eux émergent, contre 30 pour cent des photons bleus. Comme toutes les longueurs d’onde sont réfléchies, cela signifie que la peau n’a pas une couleur marquée, mais reste blanche ; le déficit de bleu (prévisible à cause de son absorption) lui donne juste une petite coloration rosée. ( … )

Références

  • A. Kienle et al., Why do veins appear blue ? A new look at an old question, Applied Optics, vol. 35(7), pp. 1151-1160, 1996.
  • M. Störring et al., Physics-based modelling of human skin colour under mixed illuminants, Robotics and Autonomous Systems, vol. 35, pp. 131-142, 2001.

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