Pourquoi le ciel est bleu ?

Publié par Daniel Proust le

Fond de ciel Les anciens Perses pensaient que la Terre reposait sur un saphir dont l’éclat bleuté se reflétait dans la couleur du ciel.

L’explication est évidemment toute autre et liée aux phénomènes physiques qui accompagnent la diffusion de la lumière. Les particules de poussière et les aérosols qui composent l’atmosphère ont une dimension des millions de fois supérieure à la longueur d’onde de la lumière visible. En rencontrant les particules les plus grandes la lumière se réfléchit sur leur surface et rebondit dans différentes directions, la lumière est diffusée. Dans ces conditions toutes les couleurs subissent les mêmes réflexions de la même manière.

Par contre, les molécules d’air ont une dimension du même ordre de grandeur que la longueur d’onde de la lumière visible. Quand un photon percute une molécule ou un atome, certains photons peuvent être absorbés par les électrons qui gravitent dans le nuage électronique qui l’entoure. Pour retrouver sa stabilité l’atome réémettra cette lumière à la même fréquence mais dans des directions aléatoires. A cette échelle atomique les différentes couleurs du spectre ne sont pas toutes affectées de la même façon. Bien que toutes les couleurs peuvent être absorbées, les fréquences les plus élevées et les plus intenses d’un point de vue énergétique (les bleues) sont plus fréquemment absorbées que les fréquences plus basses (rouges) qui par comparaison sont peu affectées par l’atmosphère.   Ce phénomène est appelé la diffusion de Rayleigh du nom du physicien anglais qui décrivit ce phénomène en 1870.

Diffusion de RaleightLa couleur bleue du ciel s’explique par l’importance de la diffusion de Rayleigh.   La plupart des longues longueurs d’ondes, les couleurs rouge, orange et jaune en particulier traversent l’atmosphère sans être trop dérangées par ses constituants.   Par contre la lumière bleue est absorbée par les molécules d’air qui réémettent ce rayonnement dans toutes les directions. La lumière bleue est ainsi diffusée à travers tout le ciel. C’est la raison qui explique pourquoi, quelle que soit l’endroit du ciel que tu observes, le ciel te paraît bleu.

On peut donc en conclure que sur un astre dépourvu d’atmosphère comme la Lune, la lumière ne sera pas diffusée et tous les rayonnements se propageront en ligne droite jusqu’au sol.  Le ciel de la Lune est ainsi désespérément noir, et du côté obscur il est parsemé d’étoiles comme un velours de diamants.

D’après ce qui vient d’être dit on peut donc en conclure que la couleur bleue du ciel est la combinaison de la diffusion des rayonnements de courtes longueurs d’ondes comprenant les couleurs violet, indigo, bleu et vert dont les nuances donnent au ciel ses bleus si subtils.

Mais tout le monde a déjà remarqué qu’en altitude le bleu du ciel prend une tonalité très sombre alors qu’il peut être très délavé en bordure de mer ou devenir blanc brillant (température de couleur >10000 K) en plein Soleil.   C’est encore la diffusion de Rayleigh qui est responsable de cette variation de tonalité. A basse altitude la densité de l’air est plus importante qu’en altitude et l’atmosphère contient aussi beaucoup plus de poussière et de vapeur d’eau arrachée au sol ou transportée par les vents.   Il est donc normal que la lumière bleue soit plus diffusée en bordure de mer car elle rencontre beaucoup plus d’obstacles qu’en altitude où la raréfaction de l’air influence moins la lumière bleue.

Vu du ciel, c’est le même phénomène global qui nous renvoi la lumière réfléchie par l’Atmosphère donnant cette teinte et ces nuances uniques par leur diversité. La terre c’est avant tout   « la planète bleu ».