Le spectre de Brocken : le géant dans le brouillard, c'est vous

Vous grimpez avant l'aube, vous atteignez un sommet noyé de brume, et vous tournez le dos au soleil levant. Et là, projeté sur le brouillard en contrebas, se dresse un géant. Une silhouette humaine colossale, surgie des nuages, cerclée d'un halo aux couleurs de l'arc-en-ciel. Elle lève un bras quand vous levez le vôtre. C'est vous, évidemment — mais pendant des siècles, des randonneurs ont juré avoir croisé un fantôme, un dieu, ou le diable en personne. Bienvenue dans le spectre de Brocken, l'un des tours les plus théâtraux que l'atmosphère vous jouera jamais.

Un fantôme qui porte le nom d'une montagne

Le phénomène tire son nom du Brocken, le plus haut sommet du massif du Harz, en Allemagne centrale. Ce n'est pas une physique particulière qui lui a valu ce titre, mais la géographie. Le Brocken est assez bas pour se gravir facilement et célèbre pour rester enveloppé de brouillard une grande partie de l'année : pendant des générations, il a donc offert la scène parfaite à des voyageurs terrifiés qui voyaient leur propre ombre gonfler jusqu'à devenir apparition. La montagne avait déjà sa réputation : la légende locale en faisait le lieu de rassemblement des sorcières la nuit de Walpurgis, une histoire que Goethe a glissée dans Faust.

La première description sérieuse date de 1780, quand le pasteur et naturaliste allemand Johann Silberschlag l'a consignée comme il faut. Quatre-vingts ans plus tard, le physicien britannique John Tyndall, l'un des premiers à étudier la diffusion de la lumière par les particules, en a livré une analyse optique limpide dans son livre de 1860, The Glaciers of the Alps. (L'explication définitive de la couleur bleue du ciel reviendra à Lord Rayleigh, qui a affiné et corrigé les travaux de Tyndall sur la diffusion.) Peu à peu, le démon s'est transformé en schéma.

Pourquoi le géant est un géant

Voici la vérité qui dégonfle tout : votre ombre sur le brouillard n'est pas réellement immense. C'est la même ombre que celle que vous projetez sur n'importe quel mur. Ce qui vend l'illusion, c'est l'absence totale de repères de distance.

Votre cerveau estime la taille réelle d'un objet en combinant sa taille apparente et la distance à laquelle il semble se trouver. Sur une nappe de nuage sans relief, il n'y a rien pour ancrer ce calcul — ni arbres, ni rochers, ni ligne d'horizon. Pire encore : vous apercevez souvent des terres lointaines à travers des trouées dans la brume, et votre cerveau place à tort l'ombre à cette distance lointaine. Une ombre aussi grande, aussi loin, ne peut qu'être gigantesque. Vous percevez donc un géant. La silhouette semble aussi se tenir debout parce que la surface du nuage est à peu près horizontale, et les minuscules mouvements du brouillard la font scintiller et bouger, ce qui ne fait que renforcer l'impression qu'une présence vivante se trouve là.

Le halo, voilà la vraie magie

L'ombre est un tour de passe-passe de la perception. Les anneaux arc-en-ciel autour de sa tête — la partie qu'on appelle la gloire — sont, eux, de la physique authentique et solide, et bien plus étranges qu'ils n'en ont l'air.

Une gloire n'est pas un arc-en-ciel. L'arc-en-ciel naît de la lumière du soleil qui se réfracte et se réfléchit à l'intérieur des gouttes de pluie, et il se trouve à environ 42 degrés du point opposé au soleil. La gloire, elle, se blottit tout autour de ce point opposé — l'ombre de votre tête, le point antisolaire — en un jeu serré d'anneaux colorés. Elle est produite par la lumière qui rétrodiffuse sur de minuscules gouttelettes de nuage, le plus souvent de 10 à 30 micromètres seulement, et qui repart presque exactement par où elle est venue. Détail crucial : les gouttelettes doivent être petites et de taille uniforme, ce qui explique que les gloires se forment sur la brume fine et le sommet des nuages plutôt que sur la grosse pluie.

Les couleurs viennent de la diffraction : chaque longueur d'onde est renvoyée sous un angle légèrement différent, si bien que le rayon de l'anneau dépend de la couleur. Comme pour l'arc-en-ciel, le rouge se retrouve à l'extérieur et le bleu vers le centre, et si les conditions sont nettes, on peut voir le motif se répéter en anneaux extérieurs plus pâles.

Une théorie qui a mis presque un siècle

Ce qui fait de la gloire un si beau problème, c'est qu'elle se situe à cette frontière inconfortable où la lumière n'est ni un simple rayon ni une simple onde qu'on balaie d'un revers de main. L'optique géométrique — l'image des rayons qui rebondissent, si efficace pour expliquer les arcs-en-ciel — est tout bonnement incapable de prédire une gloire.

La réponse honnête a exigé la théorie ondulatoire complète de la diffusion de la lumière par une sphère. Le célèbre article de 1908 du physicien allemand Gustav Mie, dérivé directement des équations de Maxwell, portait en réalité sur la couleur des particules métalliques colloïdales, et non sur la gloire — mais le cadre de la diffusion de Mie qu'il nous a légué est le bon point de départ. Transformer ce cadre en une véritable explication des anneaux serrés, colorés et pointés vers l'arrière de la gloire a demandé encore des décennies : van de Hulst en a proposé le mécanisme clé vers 1947 et l'a développé tout au long des années 1950, et une explication pleinement rigoureuse n'est arrivée qu'avec les travaux de physiciens comme Nussenzveig au début des années 2000. Ainsi, l'apparition que les grimpeurs du Moyen Âge fuyaient comme un démon a fini par réclamer, pour être pleinement décrite, l'une des optiques les plus raffinées du XXe siècle.

Vous ne verrez jamais que la vôtre

Le détail le plus solitaire de toute l'histoire : une gloire est strictement personnelle. Parce qu'elle se forme exactement autour du point antisolaire — l'ombre de votre tête — chaque personne sur la crête voit les anneaux centrés sur sa propre ombre, et sur aucune autre. Tenez-vous côte à côte avec un ami dans le brouillard : chacun de vous verra un géant couronné de lumière, et chacun sera absolument convaincu que le halo lui appartient à lui seul.

Vous avez tous les deux raison. La montagne a fait de chacun de vous un dieu privé, et vous a remis la physique pour le prouver.