Imsak/Fajr: Eclaircissement de la nature scientifique du “fil blanc” et du “fil noir”

1/Rappel des faits observationnels concernant la nuit du 23 juin 2016

La dynamique optique observée à l’aube dans le ciel permet de distinguer:

1/ une couche atmosphérique située juste au dessus de l’horizon, d’environ 1700m d’épaisseur, brodée de “fil blanc”, autrement dit, diffusant la lumière dans le blanc,  

2/ la couche sombre au dela de la couche précédente dans les hauteurs de l’atmosphère ((>2000m), qui elle est teintée d’un bleu très foncé très proche de l’indigo et s’apparentant à du “fil noir”, autrement dit, diffusant la lumière dans un bleu très foncé.

Cette dynamique atmosphérique est fondamentale dans la détermination du mécanisme d’horlogerie qui défini l’instant de transition entre l’aube passif (false dawn) et celui actif (true dawn) par rapport au déclenchement du rite d’abstinence et de la période autorisée pour la prière du fajr- cet instant étant considéré au plus tard pour ce qui concerne l’abstinence, et au plus tot pour la prière du fajr-.

En effet, grâce à nos images amateurs, mais obéissant à une méthodologie précise en vue de l’analyse scientifique indispensable, il a été établi, que l’élément déterminant de la découverte de l’instant de transition vers ETD (early true dawn), était le moment ou la visibilité de la ligne de séparation apparente entre les couches blanche et sombre (bleue) de l’atmosphère disparaissait. Le deuxième élément associé dans ce mécanisme d’horlogerie, est l’endroit ou cette ligne de séparation se trouve, qu’il est difficile d’anticiper. 

L'existence et l'importance de cette ligne de séparation, n'ont pas été appréciés à leur juste valeur par ceux qui la découvraient, et pourtant elle a été validée par des mesures radars, comme nous le verrons dans la suite du texte. Ce n'était ni un artifact de l'observation, ni une illusion.

Dernier élément d’observation que nous avons posé à partir de la reconstitution vidéo des 400 images prises toutes les 20 secondes: il était évident que la structure originelle des deux couches optiques de l’atmosphère était indépendantes de la levée du soleil, ce dernier ne faisant que la dévoiler, notamment au premières lueurs de l’aube. Autrement dit, l’astronomie n’a pas de rôle actif dans l’existence et l’établissement de ces couches. La structure de ces couches est seulement due à la constitution de l'atmosphère, et particulièrement la troposphère qui est la couche la plus basse de l'atmosphère.

Il en ressort de toutes ces observations, que même si le mécanisme d’horlogerie est établi, il n’en demeure pas moins que l’explication scientifique restait encore à établir.

Cette explication scientifique nous vous la donnons maintenant de manière succincte et simplifiée, sachant qu’un travail plus conséquent est en cours dans un des sites d’observation météorologique.

2/ Origine atmosphérique des 2 couches diffusant dans le bleu et dans le blanc

L’origine de ces deux couches est connue par les atmosphéristes depuis assez longtemps maintenant, et certainement aussi par les astronomes et astrophysiciens. 

a/ Couche “blanche”

La couche qui diffuse dans la couleur blanche n’est rien d’autre que la couche d’aérosols et de polluants en suspension dans l’air au dessus de l’horizon (entre 500 et 2000m et parfois plus), et qui est constituée de débris de particules et de poussières, aussi bien naturelles qu’anthropiques. Ces aerosols sont utiles car ils fournissent les noyaux de condensation nécessaires à la formation des hydrométéores. Mais ils peuvent également être néfastes à l’homme en transmettant des norovirus qui peuvent être responsables notamment de 50% des cas de gastroentérite, ainsi que des bactéries, des poussières radioactives, des grains de sable du sahara, des émanations volcaniques, etc… Sa formation en couche limite planétaire (PBL: planetary boundary layer), sa mesure et son impact sur l’homme, faune et flore, sont l’objet d’intense études scientifiques et de développement techniques dans les centaines de stations météorologiques qui jonchent la planète et dans les airs. L’un des appareils de mesure au sol actif, s’appelle le LIDAR, dont le principe opérationnel est d’envoyer verticalement des pulsations laser en continue dans un triplet de longueur d’ondes précises, et d’analyser la réponse spectrale du signal dans la troposphère (rétrodiffusion, extinction, dépolarisation, lidar ratio), qui inclu non seulement les aérosols mais aussi les nuages et même l’ozone.

Mais ce qui est important de se rappeler dans notre discussion, concernant la couche d’aérosol, c’est que la taille des particules qui la constitue est très grande devant les longeurs d'onde des lumières visibles, entre 1 et 100 micromètres. Cette notion de taille des particules est fondamentale pour comprendre les caractéristiques optiques de la couche. 

En effet,  la lumière indirecte du soleil transmise par l’atmosphère terrestre, alors que le soleil est encore en dessous de l’horizon, va être diffusée élastiquement dans cette couche selon le processus de Mie, du nom du physicien allemand Gustav Mie qui a établi en 1908 cette solution particulière des equations de Maxwell. Cette solution donne des diffusions très directionnelles (et non pas isotropiques) si les centres diffuseurs (les particules d'aerosols) sont grands par rapport au longueurs d'onde des couleurs de l'arc-en-ciel  (toutes les longueurs d’onde visibles sont entre 400 et 800 nanomètre), ce qui est notre cas. Mais la caractéristique principale de cette diffusion, c'est que toutes les lumières de l'arc-en-ciel composant la lumière blanche émise par le soleil se reconstituent intégralement en traversant la couche d’aérosols, contrairement à ce qui se passe dans la haute atmosphère, ou la diffusion est plus sélective préférant la couleur bleue. Ce principe de diffusion est le même que celui qui est responsable de la blancheur des nuages dans un ciel est bleu. Il est du essentiellement a la dimension des particules d'aerosols et de polluants, tres grande devant les longeurs d'onde visibles.

b/ Couche bleue

Cette couche qui apparait en bleu indigo défini notre champ de vision qui s’étend au plus loin dans l’atmosphère (environ 1000 km d’épaisseur) ou la pression atmosphérique tombe quasiment à 0 hectoPascals avec la raréfaction de l’air. Les molecules d’air (Azote, Helium, Oxygène, etc,..) ont des dimensions très petites par rapport aux longuers d'onde du visible, soit de l’ordre de 0.1nm nanomètre (5000 fois plus petites). Du fait de la petitesse de ces  centres de diffusion moléculaires, la seule catégorie de longueur d’onde qui va nous parvenir est celle qui sera dans le bleu foncé (400nm) car son intensité est 16 fois plus intense que celle du rouge (700nm). C’est pour cela que dans ces moments de l’aube, ou le soleil est encore très bas par rapport à l’horizon, les couches hautes de l'atmosphère nous apparaissent en bleu indigo. Ce processus de diffusion entre lumière du soleil et centres diffuseurs extrêmement petits, est attribué au physicien anglais Lord Rayleigh.

c/ Récapitulation

Au départ, une couche d’aérosols invisible, d’épaisseur de 1700m se forme dans la nuit, pour tapisser l’atmosphère de l’horizon. Comme les conditions météorologiques sont stables (température, humidité, radiations thermiques, etc..) cette couche se disperse verticalement et horizontalement le long de l’horizon, de manière uniforme, donnant cette aspect rectangulaire visible pour un observateur terrestre. L’épaisseur de la couche d’aérosols, et plus exactement de la PBL (planetary boundary layer) a été mesurée ce jour ci par au moins un détecteur du type LIDAR, en Suisse romande, confirmant nos observations visuelles. Mais une étude plus détaillée est en cours pour reconstituer les conditions de visibilité en ce jour. L'épaisseur de la couche de Mie ne devrait pas avoir d'influence sur l'exactitude du temps de imsak. La variabilité de cette épaisseur est contenue dans la marge d'erreur qui est de l'ordre d'une minute.

Nous avons donc bien avant la levée du soleil (élévation de 0 degré par rapport à l’horizon), une structure atmosphérique qui s'est constituée à partir de deux couches aux propriétés optiques différentes: la couche moléculaire de gaz qui commence à diffuser dans le bleu indigo dès que le soleil atteind le crépuscule astronomique par le bas (élévation -18 degrés par rapport à l’horizon) et la couche de particules d’aerosols qui recoit les premiers rayons indirects du soleil un peu plus tard lorsque ce dernier s’élève de quelques degrés de plus (par exemple le 23 juin, le soleil était à -15 degrés environ en dessous de l’horizon lorsque la couche d’aérosols visible diffusa sa première lumière blanche). Sans cette couche d’aérosols, et donc sans les propriétés optiques de cette couche qui obéit aux conditions de la diffusion de Mie, il n’y aurait pas eu de possibilité de voir de la lumière blanche si tot à l’aube, et de plus est, contrastant avec le bleu indigo de la haute atmosphère.  Le contraste entre “fil blanc” et et "fil noir" serait pour ainsi dire, inexistant.

Enfin, le fil blanc ne peut pas être bleu, car la couleur blanche contient plusieurs classes de couleurs dont le bleu n'est qu'un élément. Cette dernière remarque discrédite la thèse de ceux qui pensent que le temps imsak/fajr interviendrait à la fin de la nuit, aux premiers instants, lorsque le ciel passe du noir au bleu indigo, confondant le fil blanc avec le bleu indigo. Le bleu indigo est proche du noir et à mille lieus du blanc. Nous pouvons egalement nous en rendre compte si nous exprimons le spectre de couleur codé initialement en nuances de rouge, vert, bleu, sur une echelle unique de niveaux de gris dont les valeurs sont comprises entre  0 et 255 (sur une échelle de 8 bits). Si le noir a pour valeur 0, et le blanc a pour valeur 255, alors le bleu indigo qui apparait dans le ciel bien avant l'aube aurait une valeur comprise entre 0 et 20, soit plus proche du noir que du blanc.

d/ Elaboration

Ayant expliqué:

1/ l’origine des propriétés optiques visuelles de l’atmosphère, divisée en couche de Mie (blanche, aérosols proche de l’horizon, épaisseur 500-2000m, taille des particules grandes) et couche de Rayleigh (bleue indigo, au dessus de la couche d’aérosols, >2000m, taille des molecules tres petite),

2/ que le fil blanc est vraiment blanc (donc constitué de toutes les longueurs d’onde du visible allant du bleu au rouge) et certainement pas bleu indigo (ce qui disqualifie à ce stade tous ceux qui pensent qu'il faut se caller sur les premiers photons diffusée dans la haute atmosphère, ces derniers ne pouvant être que bleus du fait des conditions de la diffusion Rayleigh, mais pas blancs),

3/ et que cette ligne de séparation entre les 2 couches n’est pas une chimère. Elle existe réellement en plus d'être  validée par des images LIDAR, même si les conditions de son observation dépendent  des conditions de température et d’humidité,

il est important à ce stade de la discussion, de se demander pourquoi c'est précisément la perte de visibilité de la frontière horizontale discriminant les 2 couches qui fixe l’instant d’abstinence, et non pas les premières apparitions de la lumière blanche?

d-1/ Elément de Réponse

C’est tout simplement car le prophète (PBSL) a mentionné l’existence d’une apparition en queue de renard au début de l’aube passif (false dawn), qui n’est pas verticale comme certains le suggèrent en regardant des figures étoilées dans l’espace sidéral, mais qui est bien horizontale. Elle se manifeste des les premiers instants de l’apparition de la couche d’aerosols, du fait de la levée progressive du soleil. On y voie notamment, la propagation de cette blancheur sous forme d’un triangle qui s’étale progressivement sur les cotés vers l’est et le sud-est, ressemblant vraiment à une queue du renard.

Ainsi, le postulat de la "queue du renard" disqualifie la signature de la période active (true dawn) de l’aube lors des premières manifestations de blancheur de la couche de Mie. Ce moment ne peut qu'être inclu dans la période passive de l'aube (false dawn). En conséquence, la seule possiblité qui reste et qui permet de définir l’instant débutant de la période effective (early true dawn), c’est lorsque la ligne horizontale de séparation des couches Rayleigh et Mie devient invisible. Dans notre cas, à Lausanne, en ce jour du 23 juin 2016, le soleil venait d’atteindre les -12.4 degrés en dessous de l’horizon. Avant cela, cette ligne de séparation était encore visible. 

d-2 Compatibilité linguistique

Cette détermination du temps d’abstinence/fajr, est de plus tout à fait compatible avec l’interprétation linguistique du mot “hatta” (jusqu'à ce que) qu’on peut trouver dans le verset 2/187 (verset 187 de sourate el-baqqara), qui dans un tel contexte veut dire “ma dama” (tant que), cad tant que la discrimination fil blanc- fil-noir est visible. Cette interprétation peut également être validée par une expérience de pensée.

e/ Conclusion

C’est grace a la couche de Mie (aerosol) que nous pouvons distinguer le fil blanc du fil noir (ce dernier etant due a la couche de Rayleigh gazeuse et moléculaire). Sans cette couche d’aerosols qui s’étend sur l’horizon terrestre, il n’y aurait pas eu de fil blanc observable si tot dans l'aube. Le blanc est blanc car il contient toutes les longueurs d’onde du visible s’étalant du bleu au rouge. Le bleu ne peut donc en aucun cas être représentatif du blanc. Le bleu n’est contenu que dans une partie restreinte du spectre du blanc.

En plus de promouvoir les hydrometeores en fournissant les grains de condensation, l’autre vertu de cette couche c’est de fournir un marqueur temporel de l’instant d’entrée de l’aube actif (early true dawn).

f/ Couche de Mie et prière de iicha

Il est donc maintenant aisé de mesurer très précisément l'instant de la prière de iicha qui devrait intervenir dès la disparition totale de la lumière blanche dans la couche d'aérosols (dont l'èpaisseur peut être modifiée comparée à celle de l'aube) avant la fin du crépuscule astronomique. L'instant d'extinction de la couche de Mie marquerait ainsi, l'entrée en lice de la derniere période de prière journalière.

g/ Temps de prières dans les fortes latitudes "IIcha" et "Fajr"

Dans les pays de latitudes supérieures à 50 degrés, les temps pour la prière de iicha posent problème, tandis que pour les pays assis au dela de 60 degrés, c'est aussi le fajr qui pose problème. Dans ces cas il y aurait deux solutions à faire valoir:

1/ utiliser le groupement des prières de maghrib et iicha au moment du maghrib, si la différence de temps initiale entre maghrib et iicha est indéterminée ou inférieure à 60 minutes environ (seuil qui reste à définir scientifiquement et/ou selon jurisprudence islamique).

2/ se référer au pays le plus proche qui a un cycle diurnal complet et normal, permettant la réalisation des 5 prières quotidiennes à intervalles réguliers.

Cette régularisation des horaires dans ces pays à forte latitudes est d'autant plus nécessaire qu'elle doit s'adapter aux tolérances biologiques des être humains, en matière de sommeil et de jeûn. Les perfomances demandées dans ces pays extrêmes doivent faire l'objet d'études précises du cycle circadien pour accomoder les limites physique avec la demande rituelle dans les limites de tolérance. 

h/ Travail en cours et souhaité

Le travail consiste aujourd’hui à analyser toutes les infos météos provenant des LIDARS et autres moyens de mesures terrestres et non-terrestres, pour valider nos observations et mesures, et fournir une assise théorique et prédictive à la détermination précise des temps d’abstinence et de fajr partout dans le monde y compris dans les régions à forte latitude, au dela de 60 degrés.

Idealement, il serait aussi souhaitable de simuler l’effet 3D de l’atmosphère sur les rayons lumineux notamment à l’aube, en mettant a jour les conditions météorologiques et la reconstitution de la couche limite planétaire, qui doit etre monitorée chaque jour.

Il serait également souhaitable de collaborer avec les spécialistes du cycle circadien pour trouver des solutions rationnelles imposées par le cycle diurnal.

i/ Remarque: Origine des rougeurs dans l'atmosphère

Certians veulent se referer au “chafaq el ahmar” constitué des rougeurs dans l’atmosphère et notamment dans la couche d’aerosols, pour determiner leur moment ulitme d'abstinence. Ces rougeurs sont dues essentiellement au fait que lorsque le soleil se rapproche de l’horizon, les rayons lumineux qu’il émet vont traverser une très grande épaisseur de couche troposphérique (proche de 18 km à l’horizontal contre 11 km au zenith), telle que les longueurs d’onde dans le rouge vont le plus nous parvenir (celles qui sont dans le bleu vont être filtrees par la grande épaisseur de la couche). La dispersion spatiale de cette intensite lumineuse dans le rouge est associee a un intervalle de temps qui ne peut pas etre precis et en l'occurence, va certainement biaiser l'exactitude du moment.