Le 25 juillet 2018, la NASA dévoile pour la toute première fois le son du Soleil. Véritables instruments de musique cosmique, les étoiles vibrent comme des caisses de résonance, chacune possédant sa propre signature musicale. Des astrophysiciens aux musiciens, en passant par les pythagoriciens, la musique stellaire fascine. Voyage aux confins du cosmos, à l’écoute des étoiles.

 

À des années-lumière d’ici, dans le silence absolu du vide cosmique, des bourdonnements graves retentissent au coeur des grosses sphères gazeuses. Des solos de vibrations lancinantes, à l’intérieur de chaque étoile, composent depuis la nuit des temps une symphonie stellaire inaudible.

Sur la Terre, au Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) à l’Université de Montréal, Pierre Brassard étudie les vibrations des sphères stellaires. « Les récentes avancées en astérosismologie (la sismologie des astres) ont mis en évidence la résonance acoustique des sphères gazeuses », déclare le chercheur. Pourquoi observer et mesurer la résonance interne des étoiles ? Pour sonder leur intérieur afin de déterminer leur structure interne, leur composition, leur température et leur densité.

Source de modélisation pour les astrophysiciens, source de création artistique pour les musiciens, les étoiles dévoilent enfin leurs accords.

Vibrations stellaires et percussions cosmiques

C’est en 1962 que des chercheurs de l’Institut de technologie de Californie mettent en lumière pour la première fois les vibrations du Soleil. L’équipe de Robert Leighton découvre que la grosse sphère gazeuse vibre doucement.

Le phénomène, à peine perceptible, est lié à la turbulence de surface. « Ces vibrations, aléatoires, sont en fait dues aux bruits des mouvements convectifs de matière qui se répercutent dans le Soleil », éclaire Pierre Brassard. Comme des gouttes de pluie sur la peau d’un tambour, des millions de granules solaires portés à une température de plusieurs milliers de degrés s’agitent à la surface de l’étoile bouillonnante. Ils induisent alors des ondes acoustiques internes qui se propagent dans l’énorme boule gazeuse et la font vibrer.

La recherche de telles vibrations dans d’autres étoiles révèle finalement que chacune possède sa propre signature sonore. Les sphères gazeuses sont en réalité comme les caisses de résonance des instruments de musique. Les grosses étoiles résonnent aux fréquences plus basses, émettant donc un son plus grave que celui des petites étoiles. En comparaison, une timbale produit un son plus grave que des bongos.

Dans le silence du vide cosmique, comment écouter la mélodie de l’Univers ? C’est en détectant les variations de luminosité des étoiles que les astrophysiciens peuvent répondre à cette question.

Orchestre de percussions cosmiques
Les sphères gazeuses s’apparentent aux percussions puisqu’elles possèdent :
– une caisse de résonance qui confère le timbre : la sphère stellaire, comme une caisse de tambour
– un vibrateur : la zone convective superficielle de l’étoile, comme la peau du tambour
– un excitateur, un objet qui excite le vibrateur : les mouvements convectifs de matière dans la zone de surface de l’étoile, comme nos mains ou une baguette
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Regarder les étoiles chanter

Les chercheurs observent les vibrations acoustiques à la surface de l’étoile grâce aux variations de luminosité qu’elles engendrent. « C’est un son qu’on voit : on ne l’entend pas, mais on le reconstitue grâce à la lumière », déclare M. Brassard.

Grâce aux données issues du télescope Kepler, l’astrophysicien trace des courbes de lumière. Ces dernières lui permettent de mesurer la variation lumineuse en fonction du temps et d’en déduire la période de vibration de l’étoile. « Dépendamment de la masse de l’étoile, sa période de vibration peut varier de quelques secondes à quelques jours. En fait, les grosses étoiles vibrent plus lentement que les petites », explique le chercheur du CRAQ.

M. Brassard transforme ensuite mathématiquement les données afin d’obtenir les fréquences des étoiles. Les fréquences, de l’ordre de quelques millihertz (mHz), sont bien trop graves pour l’Homme. En effet, l’oreille humaine perçoit seulement les fréquences sonores situées entre 20 et 20 000 Hz. Impossible donc d’entendre naturellement les infrasons solaires de 3mHz. La solution ? Transposer les fréquences solaires de 18 octaves.

Cependant, le Soleil est loin de présenter un mode universel de vibration. Ce qui fascine le chercheur du CRAQ, ce ne sont pas les vibrations du Soleil mais celles d’autres étoiles : les étoiles pulsantes.

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La saga des étoiles pulsantes

Pourrions-nous imaginer un Soleil pulsant, qui deviendrait deux fois plus brillant en une dizaine de jours ? « Dans ces conditions, la vie n’aurait jamais pu se développer sur Terre. Toutes les étoiles ne pulsent pas, fort heureusement. Ce serait d’ailleurs catastrophique pour nous si le Soleil se mettait à clignoter ! », s’amuse M. Brassard.

Le chercheur s’intéresse particulièrement aux naines blanches, successeures lointaines des étoiles semblables au Soleil. « Les naines blanches sont des étoiles qui ont épuisé leurs sources d’énergie nucléaire en éjectant leurs couches supérieures sous forme de nébuleuse planétaire. Ces étoiles se sont alors compactées et s’éteignent tranquillement », explique le chercheur. Pourquoi étudier les naines blanches ? Car le Soleil en deviendra une à la fin de sa vie.

À certaines périodes de leur vie, ces étoiles gonflent et se dégonflent périodiquement, ce qui fait varier leur luminosité. « Quand elles vieillissent, les naines blanches traversent des moments d’instabilité et présentent des oscillations liées à leurs zones de convection : elles se mettent à trembler. » L’astrophysicien modélise la géométrie des modes naturels de vibrations des sphères gazeuses, encore appelée les harmoniques sphériques. « Parmi les étoiles qu’on observe, il y a des cas très compliqués avec beaucoup de modes de vibrations qui interfèrent. »

Pierre Brassard avait déjà essayé de retransmettre en musique les fréquences des naines blanches qu’il étudie. « Le résultat était assez désastreux, car je n’ai vraiment pas l’oreille musicale ! » plaisante-t-il. Les infrasons célestes ouvrent ainsi des voies, jusqu’ici inexplorées, à travers lesquelles les musiciens peuvent exprimer leur créativité artistique.

harmoniques sphériques
Les harmoniques sphériques représentent les modes de vibrations des étoiles pulsantes. La partie bleue gonfle et la rouge dégonfle, inversement et de manière cyclique. l = degré, m = ordre. Par exemple, l’harmonique sphérique l=0, m=0 (non représentée) ressemble à un ballon qui se gonfle et se dégonfle. l=1, m=0 ressemble à un ballon qui se dégonfle au-dessus et se gonfle en dessous. l=2 m=0 ressemble à un ballon qu’on serre entre deux mains. Plus l et m augmentent, plus les harmoniques sphériques se complexifient.
© Pierre Brassard

 

Quand l’architecture se mêle aux harmoniques sphériques
Pierre Brassard a notamment collaboré avec Nicolas Reeves (le fils d’Hubert Reeves) sur les harmoniques sphériques.
« Rien à voir avec les étoiles. Le but, ici, était d’exploiter les harmoniques sphériques pour transposer l’architecture en musique », commente M. Brassard. Nicolas Reeves a transformé la cathédrale gothique Notre-Dame-et-Saint-Privat de Mende (France) en une immense caisse de résonance. « Le visiteur […], en marchant dans la cathédrale, pourra entendre dans le casque d’écoute la transposition en musique de la cathédrale, calculée depuis l’endroit où il se trouve. Le visiteur pourra composer sa propre mélodie en traversant des sons différents », mentionne Nicolas Reeves dans la vidéo promotionnelle de l’expérience musicale Mende Cathédrale.

Pythagore, les astres et la musique

Il faut remonter au VIe siècle avant Jésus-Christ pour comprendre que les anciens philosophes grecs relient déjà la musique et l’astronomie. À l’époque, les pythagoriciens ne connaissent de l’espace que ce qu’ils peuvent en voir à l’œil nu. Leur Univers est alors constitué de sept planètes (le Soleil, la Lune, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne) qui tournent autour de la Terre.

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Musique des sphères du livre Practica musicae de Franchini Gaffurio (1496), domaine public. À droite : dans les médaillons figurent les sept planètes et la voûte céleste ; dans les bandeaux, les modes/gammes et les intervalles ton et demi-ton (Tonus, Semitonium). À gauche : dans les médaillons figurent les huit muses correspondantes aux planètes ; dans les bandeaux, les éléments de la musique des sphères pythagoricienne.

En même temps qu’ils décrivent le monde à leur manière, les pythagoriciens découvrent les intervalles musicaux harmonieux de base, à partir desquels ils construisent une gamme qui, avec quelques modifications, est encore la nôtre. Sept notes de musique, sept planètes, la tentation est forte de les associer. C’est Pythagore lui-même qui proclame que l’Univers est régi par des rapports harmonieux, et que les distances entre les planètes correspondent aux proportions réglant les intervalles musicaux. Le succès de cette représentation du monde, véhiculée par toute la tradition antique, ne faiblira pas jusqu’à la Renaissance.

Le philosophe néoplatonicien Jamblique écrit : « Pythagore tendait son ouïe et fixait son intellect sur les accords célestes de l’Univers. Lui seul, à ce qu’il paraissait, entendait et comprenait l’harmonie et l’unisson universels des sphères et des astres. » Ainsi est née la première musique des sphères, très symbolique. Bien que cette théorie pythagoricienne persiste, malgré de nombreuses variantes, les avancées successives en astronomie finissent par l’invalider dès la Renaissance.

Cependant, l’astrophysicienne Sylvie Vauclair s’est donné comme défi de ressusciter la musique des sphères, d’une manière bien différente de la musique des sphères des Grecs anciens.

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Nouvelle musique stellaire

Née de la rencontre entre l’astrophysicienne Sylvie Vauclair et le musicien-compositeur Claude-Samuel Lévine, l’oeuvre musicale La nouvelle musique des sphères retranscrit les vibrations de douze étoiles en musique.

Ces étoiles, semblables au Soleil, émettent une fréquence principale et des fréquences secondaires. Par exemple, le Soleil génère des infrasons de l’ordre de 3mHz. Grâce à une transposition de 18 octaves ainsi qu’une synthèse sonore par ordinateur, les fréquences stellaires inaudibles deviennent finalement perceptibles par l’oreille humaine. Dans notre échelle contemporaine où le la du diapason correspond à 440 Hz, le Soleil résonne en sol dièse.

Afin de mettre en musique l’acoustique se situant hors de la gamme traditionnelle, le musicien et l’astrophysicienne ont recours à la musique électronique et des instruments malléables, tels que les ondes Martenot et le thérémine.

Selon Sylvie Vauclair, « les notes associées au son principal de chacune des sphères et à leurs harmoniques auraient pu être dissonantes, voire insupportables. Au lieu de cela, la musique se développe comme un magnifique voyage à destination d’étoiles inconnues, vers lesquelles il faut se laisser transporter, en oubliant le présent terrestre trop pesant, pour s’élever avec légèreté dans l’espace infini ».

Cette nouvelle musique stellaire raconte finalement un dialogue fécond entre la science la plus pointue et la création artistique, de quoi avoir la tête dans les étoiles.

Oeuvre musicale La nouvelle musique des sphères (extrait de 2 min)
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L’Antiquité a rêvé la musique des sphères, l’astrophysique moderne et l’instrumentation électronique la révèlent aujourd’hui. Si l’écoute des pulsations du cosmos semble au premier abord un projet artistique, elle représente également un enjeu fondamental. Appliquée au Soleil, l’astérosismologie a permis d’élaborer un modèle solaire des plus réalistes et de raffiner considérablement la compréhension de ses mécanismes internes. Il est important de continuer à observer notre étoile en permanence afin de recueillir davantage d’informations. Cela donne non seulement la possibilité de comprendre et surveiller la manière dont le Soleil se comporte, mais aussi de mieux interpréter et prévoir les répercussions de ses vibrations au niveau de la Terre. Dans le silence assourdissant du cosmos, les étoiles n’ont pas encore joué leurs derniers accords.

– Fanny Rohrbacher

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