L'Univers en expansion
Effet Doppler-Fizeau : la sirène de l’ambulance





Ce phénomène bien connu traduit la vitesse de récession des galaxies. Donc l’expansion.


La mesure de l’expansion de l’espace repose sur l’appréciation du mouvement des galaxies. Cette étape n’aurait jamais pu voir le jour sans la mise en évidence, en 1842, puis 1848, de l’effet dit de Doppler-Fizeau : du nom du physicien autrichien Johann Christian Doppler (1803-1853) et de son collègue français Hippolyte Fizeau (1819-1896).

Hiiiiiiiii-hoooooonnn… Qui n’a jamais remarqué ce changement de hauteur dans le bruit du moteur d’une voiture qui s’approche, puis s’éloigne ? Les adeptes des 24 heures du Mans le connaissent. Il perturbe aussi le hurlement de la sirène de l’ambulance ou de la voiture de pompiers. L’explication tient au fait que lorsque la source se rapproche de l’auditeur, celui-ci entend un son plus aigu. Lorsque au contraire elle s’éloigne, le signal reçu devient plus grave. De nos jours, l’effet Doppler-Fizeau fait partie de la vie. Il trahit les automobilistes en excès de vitesse, la vitesse des nuages ou celle du sang dans nos artères.

Il en va de même pour les galaxies et les étoiles. L’application du phénomène en astrophysique est cruciale. Son principe modifie l’onde lumineuse reçue. Si l’astre s’éloigne, la longueur d’onde apparaît plus étendue et le rayonnement, affaibli, rougit. S’il s’approche, la longueur d’onde est contractée et le rayonnement, plus vigoureux, bleuit.

En 1868, Sir William Huggins démontra que les fréquences d’absorptions caractéristiques de l’atmosphère de l’étoile Capella (la Chèvre) du Cocher était décalée de 0,01% vers le rouge. L’astre s’éloigne à 0,01% de la vitesse de la lumière, 100 000 kilomètres / heure. Plus tard, ce même effet révéla que la galaxie spirale d’Andromède "tombe" sur la Voie lactée à un million de kilomètres/heure. Ses lointaines cousines de l’amas de la Vierge, elles, s’éloignent à l’allure de quatre millions de kilomètres/heure. Aujourd’hui, les cosmologistes préfèrent interpréter le décalage vers le rouge des galaxies du bout-du-monde en terme de dilatation de la longueur d’onde avec la trame de l’espace traversé. Ils appelent cela décalage vers le rouge, en anglais redshift, et le note "z". Par exemple, la lumière d'une galaxie à redshift z=1 provient de l'époque où l'Univers avait la moitié de sa taille actuelle.