Les sept couleurs de l’arc-en-ciel, selon Newton et la musique

On connait tous l’arc-en-ciel et ses sept couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Mais cela ne fut pas toujours le cas. En effet, dans les textes et les images depuis l'antiquité jusqu'au Moyen Âge, les arcs-en-ciel ont trois, quatre ou cinq couleurs. D’où sortent donc ces sept couleurs ? La réponse, aussi étonnante soit-elle, nous vient d’Isaac Newton et de la musique !

Né le 25 décembre 1642 (selon le calendrier julien), le mathématicien, physicien, astronome et philosophe britannique Isaac Newton est d’abord célèbre pour sa théorie de la gravitation universelle, qu’il découvre lorsque la fameuse pomme lui tombe sur la tête.

Il se fait également connaître de son vivant pour ses recherches sur l’optique et notamment sa théorie de la couleur par laquelle il décompose la lumière blanche en un spectre visible de plusieurs couleurs uniques.

Mais Isaac Newton n’est pas le premier à s’intéresser à la lumière et à l’origine des couleurs, ni le dernier ! Le sujet fascine les scientifiques, les artistes et même les philosophes depuis plusieurs millénaires.

Inspiré par les premières recherches de Pythagore (~580 av. J.-C.- ~495 av. J.-C.) en la matière, le philosophe et polymathe grec Aristote (384-322 av. J.-C.) affirmait qu’il existait deux couleurs fondamentales : le blanc et le noir. Entre lesquelles existaient le jaune, l’orange, le rouge, le violet, le vert, et le bleu, des couleurs créées selon différents mélanges de blanc et de noir. Selon Aristote, la couleur venait de la matière physique du monde et non de la lumière captée par le cerveau et l’œil. Ce n’est qu’au début du XVIIe siècle que l’origine des couleurs est attribuée à la lumière elle-même.

La gamme chromatique, une histoire de couleur et de musique

Isaac Newton commence ses diverses recherches sur la couleur en 1666. En passant la lumière par des prismes de verre, il parvient à décomposer la lumière blanche en une gamme de différentes couleurs précises. L'expérience est déterminante dans sa conclusion : la lumière du soleil n’est pas fondamentalement incolore mais composée de différentes teintes spectrales et toutes les couleurs, y compris le blanc, sont formées par divers mélanges de ces teintes.

Après plusieurs décennies de recherches, il publie en 1704 la synthèse de ses études, Opticks (de son titre complet Opticks : ou un traité des réflexions, des réfractions, des inflexions et des couleurs de la lumière. Aussi deux traités de l'espèce et de la grandeur des figures curvilignes). L’ouvrage analyse la nature fondamentale de la lumière, sa diffraction ainsi que le comportement des mélanges de couleurs. Mais dans Proposition VI, Problème II, Isaac Newton détaille une manière originale de concevoir le spectre des couleurs : il propose de relier les règles fondamentales de la lumière à celle de la gamme musicale, composée de sept notes.

Cependant, le spectre des couleurs est alors considéré comme composé de seulement cinq couleurs, à savoir rouge, jaune, vert, bleu et violet. Tout comme il y a sept notes dans une gamme musicale, ainsi - selon Newton - il doit y avoir sept couleurs dans le spectre des couleurs. Il décide alors d’ajouter l’orange entre le rouge et le jaune, et de séparer le violet en deux couleurs, l’indigo et le mauve. Le spectre des couleurs passe bien de cinq à sept couleurs.

A cela Newton apporte une autre influence musicale : lorsque la gamme musicale arrive à la fin des sept notes, elle revient sur elle-même pour recommencer. Alors, tout comme la gamme musicale, Newton conçoit le célèbre « cercle chromatique de Newton », permettant au spectre des couleurs  de se refermer sur lui-même.

Dans son ouvrage, Newton explique la construction de son cercle chromatique des couleurs en précisant qu’il est nécessaire de « séparer la circonférence en sept partie, DE, EF, FG, GA, AB, BC, et CD, en proportion avec les sept tons musicaux ou les huit intervalles » :

Il est intéressant de noter que les deux nouvelles couleurs ajoutées par Newton interviennent là où se situent les demi-tons dans la gamme musicale (E-F/mi-fa et B-C/si-do).

La théorie de Newton est ainsi fondée sur une idée quasi-mystique : le scientifique est convaincu qu’un lien existe bien entre la couleur, la musique et le chiffre 7. Si cela n’est resté qu’une conviction personnelle, Opticks fut l’un des ouvrages scientifiques les plus consultés du 18e siècle avec une influence considérable sur le monde de la lumière et de l’optique. Et si certaines de ces théories ont depuis été réfutées, et d’autres complétées, il n’en reste pas moins qu’aujourd'hui la représentation de l’arc-en-ciel selon Newton, avec ses sept couleurs si familières inspirées de la musique, reste une idée incontournable de notre société.