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La vision laser de Superman : du feu dans les yeux

Dossier - Vision : d'où viennent les superpouvoirs de Superman ?
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Vision nocturne, vision laser et microscopique... Superman peut-il réellement posséder ces pouvoirs ? La physique nous répond.

  
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On attribue à Superman un autre pouvoir inconnu sur la Terre, complémentaire de la vision infrarouge : la capacité d'émettre un « rayon thermique » par ses yeux (heat vision, en anglais). Par rayon de chaleur, il faut comprendre un faisceau lumineux suffisamment intense pour échauffer fortement la cible, une sorte de laser, quoi !

Pyrophorus noctilucus, insecte bioluminescent. © Cathy Keifer, Shutterstock

Avant de nous demander quelle est la source d'un tel pouvoir, essayons de quantifier l'énergie nécessaire pour faire fondre un kilogramme de fer. Le calcul s'effectue en deux temps : d'abord, il faut élever la température de l'échantillon de la température ambiante à la température de fusion. Ensuite, il faut fournir, à température constante, l'énergie nécessaire à la rupture des liaisons chimiques entre atomes de fer. Les tables de caractéristiques physiques des corps nous apprennent qu'il faut fournir 460 joules pour élever d'un degré la température d'un kilogramme de fer.

Dans les yeux de Superman

À la température de fusion, égale à 1.809 kelvins, l'énergie de liaison représente environ 227.000 joules par kilogramme. Tout calcul fait, la fusion complète d'un kilogramme de fer nécessite un peu plus de 920.000 joules. Si Superman réalise cet exploit en une minute, cela suppose que chacun de ses yeux rayonne une puissance de 7.700 watts. La surface d'émission étant probablement égale à celle de sa pupille (qui est légèrement plus grande que la pupille humaine), la puissance surfacique émise par un œil de Superman dépasse 6.500 watts par centimètre carré. Cette valeur est remarquable quand on sait que l'œil humain est fortement incommodé par la vision directe du Soleil (la rétine reçoit de l'ordre de 10 watts par centimètre carré) et détruit par un laser de quelques milliwatts (qui envoie sur la rétine plus de 100 watts par centimètre carré).

La vision laser de Superman est-elle réaliste ? © Ben Northern, Flickr, CC by-nc-nd 2.0

De l'énergie lumineuse en énergie thermique

Le choix de la longueur d'onde de la lumière émise doit respecter deux contraintes quasiment inconciliables : l'œil de Superman doit être transparent à la lumière émise pour éviter une absorption qui causera un échauffement important ; la lumière doit être parfaitement absorbée par la cible pour augmenter le rendement de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie thermique. Côté mécanisme d'émission, inspirons-nous de certains animaux lumineux comme les lucioles ou certains poissons de grandes profondeurs. la bioluminescence trouve son origine dans une réaction chimique cellulaire. Décrite pour la première fois en 1887 par le physiologiste français Raphaël Dubois, cette réaction fait intervenir une substance particulière, la luciférine, oxydée en présence d'une enzyme catalytique, la luciférase. La réaction produit une oxyluciférine et de la lumière.

Pyrophorus noctilucus se trouve surtout dans les forêts tropicales et subtropicales. Ce coléoptère fait partie des insectes les plus brillants. © Gilberto Santa Rosa, CC by 2.0

Le coléoptère Pyrophorus noctilucus, un des plus grands insectes bioluminescents, est aussi le plus lumineux : il rayonne une puissance de 66 millionièmes de watt par centimètre carré. Pour produire la puissance lumineuse nécessaire à la fusion d'un kilogramme de fer, la réaction chimique à l'œuvre dans les yeux de Superman doit être 100 millions de fois plus efficace !