Les couleurs de ce champ de thé, à l'avant-plan, sont bien vives. Mais on remarque que les verts de la forêt sur la montagne de droite, située un peu plus loin, sont déjà un peu plus pâles. Et la montagne de gauche, loin derrière, apparaît bleutée plutôt que verte.

Jusqu'où peut voir l'œil humain?

CHRONIQUE / «J’ai une question qui me chicote depuis bien longtemps : lorsque debout, sur un terrain plat, nous regardons vers l’horizon, jusqu’à quelle distance pouvons-nous voir ? Est-ce que nos yeux sont équipés pour voir loin ? Et quels sont les facteurs qui limitent cette distance?» demande Martin Briand, de Lévis.

En principe, l’œil humain est «équipé» pour voir formidablement loin, mais cela varie selon la taille de ce qu’on regarde, le contraste par rapport aux environs et les circonstances du moment. Dans le noir, nous sommes capables de déceler une source de lumière à des millions d’années-lumière (littéralement!), pourvu qu’elle soit assez puissante. La preuve : l’objet le plus lointain que nous pouvons voir dans le ciel sans télescope est la galaxie d’Andromède, située à 2,5 millions d’années-lumière d’ici. Mais on parle ici de la lumière combinée de plusieurs milliards d’étoiles — pas le genre de source lumineuse qu’on rencontre souvent sur le plancher des vaches, disons…

Alors à quelle distance maximale pouvons-nous voir une chandelle, par exemple? Deux physiciens de l’Université Texas A&M ont récemment fait quelques petits calculs à ce sujet, en réaction à une publicité qu’ils avaient vue et qui affirmait que l’œil humain peut voir une chandelle à plus de 15 km.

Notons tout de suite qu’il faut être sur un promontoire afin de voir quoi que ce soit à pareille distance, parce que l’horizon est plus proche que cela. Comme je l’écrivais récemment, on peut en principe voir jusqu’à près de 5 kilomètres devant soit sur un terrain plat et dégagé. Au-delà de cette distance, les objets passent «sous l’horizon», pour ainsi dire : la courbure de la Terre nous empêche de les voir.

Mais supposons quand même que l’on grimpe assez haut pour voir à 15 km. L’intensité lumineuse diminue avec le carré de la distance — donc si la distance double, l’œil reçoît 22 = 4 fois moins de lumière, si la distance triple, l’intensité est divisée par 32 = 9, et ainsi de suite — et selon les calculs de ces deux physiciens, la lumière d’une chandelle ne peut tout simplement pas être vue à 15 km, loin s’en faut. C’est plutôt jusqu’à environ 2,5 km que l’on peut apercevoir une petite flamme en pleine nuit, ce qui est quand même déjà pas mal quand on y pense.

Cependant, ces calculs supposent des conditions atmosphériques idéales, ce qui n’est évidemment pas toujours le cas. Il y a toutes sortes de particules dans l’air qui peuvent bloquer une source lumineuse, ou «éparpiller» sa lumière dans toutes les directions — un phénomène nommé réfraction et qui peut affaiblir un signal lumineux. Les gouttelettes d’eau, par exemple, le font. Quand il y en a beaucoup, cela donne du brouillard. Quand il y en a relativement peu, leur effet ne se remarque que sur de grandes distances parce que, étant moins densément regroupées, il leur faut plus de profondeur pour devenir visibles à l’œil nu. Mais c’est à cause de l’humidité (et de fines particules dans l’air) que les montagnes apparaissent plus pâles quand elles sont loin. Remarquez, d’ailleurs, sur la photo ci-contre comment la dernière «rangée» de montagnes se confond presque complètement avec le ciel : c’est comme s’il y avait un «brouillard» très peu épais qui ne voilait que partiellement les objets — et encore, seulement les plus lointains.

Notons à cet égard que les différentes longueurs d’onde (les couleurs) ne sont pas toutes également susceptibles d’être réfractées, ce qui peut donner une teinte bleutée aux objets éloignés.

Dans des endroits très pollués, ce sont surtout les poussières et autres particules fines qui bloquent le plus de lumière. Une étude parue en 2013 a comparé la visibilité dans deux endroits de Taiwan, soit une grande ville (Taichung, 2,8 millions d’habitants) et un secteur rural. En moyenne, la visibilité tournait autour de 9,5 km à Taichung et entre 12 et 12,5 km en campagne. Dans tous les cas, cependant, la quantité de particules fines (2,5 microns et moins) dans l’air expliquait à peu près la moitié de la variabilité d’une journée à l’autre, l’humidité ne comptant que pour 10 à 20 %. Mais il faut dire que le secteur rural étudié était proche de Taichung et en aval des vents dominants.

Enfin, notons que l’œil humain est relativement bon pour voir de loin, mais qu’il est loin d’être le mieux «équipé», pour reprendre l’expression de M. Briand. Ce n’est pas pour rien qu’il existe une expression anglaise «avoir un œil d’aigle» (l’équivalent français, curieusement, est «œil de lynx» même si la vue du lynx n’a rien de spécial). J’ignore à quelle distance un aigle peut voir une chandelle, mais c’est certainement beaucoup plus que 2,5 km.

D’abord, les yeux d’un aigle sont presque aussi gros que ceux des humains même si ces oiseaux ne pèsent qu’environ 7 kilos. Ensuite, ce sont des cellules particulières dans nos yeux, nommées cônes (qui perçoivent les couleurs) et bâtonnets (vision en noir et blanc, mais plus sensibles), qui permettent de capter la lumière, et les aigles ont environ 1 million de cônes par millimètre carré, contre seulement 200 000/mm2 pour l’œil humain. En outre, on croit que la morphologie du centre de l’œil de l’aigle, plus profond que le nôtre, a un effet agrandissant que nous n’avons pas.

Sources :

- Kevin Krisciunas et Don Carona, At What Distance Can the Human Eye Detect a Candle Flame ?, Arxiv.org, 2015, goo.gl/mxyuut

- C. Y. Kuo et al., «Analysis of the major factors affecting the visibility degradation in two stations», Journal of the Air and Waste Management Association, 2013, goo.gl/X89PGc

- s.a. «Vision : An In-Depth Look at Eagle Eyes», Journey North, s.d., goo.gl/6DD4w1

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