Cela n’est pas un scoop, le ciel arbore une belle couleur bleutée depuis la nuit des temps. Il est toutefois légitime de s’interroger sur l’origine de ce phénomène, quand on sait que le soleil diffuse de la lumière blanche. Dans cet article, on vous explique d’où provient le bleu du ciel.
Tandis que sur la Lune et les autres planètes, le ciel est noir, la Terre fait figure d’exception avec son ciel bleu, blanc, voire gris en fonction des conditions climatiques. Elle doit cette particularité à son atmosphère, composée d’une immensité de microparticules. Ces dernières ont la capacité de diffuser la lumière du soleil, et de refléter une couleur spécifique en fonction de diverses longueurs d’onde. Si vous vous demandez pourquoi le ciel est bleu de jour, vous êtes au bon endroit.
La diffusion de Rayleigh explique le bleu du ciel
Dans l’atmosphère, la moindre petite particule fait obstacle aux rayons du soleil. On observe deux mécanismes de diffusion. Tandis que l’un est influencé par la nature ondulatoire du rayonnement solaire, l’autre est corrélé à l’optique géométrique, qui détermine le trajet suivi par la lumière et notamment le phénomène de réfraction des rayons lumineux.
La couleur bleue du ciel s’explique en raison de la diffusion de Rayleigh, qui est notamment due aux molécules gazeuses et autres particules de poussières présentes dans l’atmosphère. Malgré que leur rayon soit infiniment petit comparé à la longueur d’onde du rayonnement solaire, ce sont elles qui sont responsables de la diffusion de la lumière.
Étant donné que la diffusion de Rayleigh est inversement proportionnelle à la puissance 4 de la longue d’onde, elle a pour conséquence de diffuser du bleu, qui justifie d’une longueur d’onde relativement courte d’environ 400 nm. En effet, plus le rayonnement est de petite longueur, plus il est diffusé. À titre de comparaison, le rouge, dont la longueur d’onde est environ de 800 nm, est beaucoup moins diffusé dans l’atmosphère. La couleur bleue originelle peut varier du blanc au gris en fonction des conditions atmosphériques.
D’autre part, si le bleu caractérise la couleur du ciel, c’est aussi parce qu’elle entre dans le spectre colorimétrique que peut percevoir l’œil humain.
La diffusion de Mie colore les nuages en blanc
Comme vous l’aurez compris, la diffusion de Rayleigh s’opère grâce aux molécules dans l’air, qui permettent de diffuser la couleur bleue caractéristique du ciel. Ce phénomène n’est cependant plus viable lorsqu’il pleut ou qu’il y a du brouillard. En effet, lorsque l’atmosphère rencontre des gouttes d’eau ou est chargée en aérosols, c’est la diffusion de Mie qui prend le relais.
Cette dernière prouve que lorsque les particules sont de taille égale ou supérieure à la longueur d’onde du rayonnement, la lumière diffusée conserve les propriétés spectrales de la lumière incidente, qui est blanche. Cela explique notamment pourquoi les nuages sont blancs.
