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Pourquoi le ciel est-il bleu?

Il est difficile de “quantifier” le degré de “bleu” du ciel. En effet, la couleur du ciel fait intervenir de multiples facteurs, tels que :

  • l’inclinaison du Soleil par rapport à la verticale
  • l’endroit où nous nous trouvons (tenant compte de la quantité de pollution, mais aussi simplement de l’altitude qui détermine la quantité d’air au-dessus de nous)
  • la composition de l’atmosphère (sur Mars, le ciel est d'une couleur différente car il y a beaucoup moins d'atmosphère et beaucoup de poussière)
  • et les conditions météorologiques (par exemple : Sommes-nous en présence d’une inversion de température faisant stagner les masses d’air ? Ou face à beaucoup de vent qui disperserait les polluants ?)

Phénomène dominant pour ce qui détermine la couleur bleue du ciel

L'atmosphère comme filtre de couleur

Il est d’abord important de réaliser que la lumière qui nous vient du Soleil contient toutes les couleurs de l’arc-en-ciel (sinon nous ne verrions jamais d’arc-en-ciel !). Cependant, l’atmosphère filtre et diffuse, plus ou moins, ces différentes couleurs avant qu’elle n’atteignent notre œil.

La raison pour laquelle nous percevons un ciel bleu est que les molécules atmosphériques diffusent principalement les lumières se trouvant “du côté du bleu” dans l’arc-en-ciel (du spectre électromagnétique).

Couleurs du ciel en termes scientifiques

La diffusion:

  • est maximale pour les petites longueurs d’onde
  • augmente lorsqu’on considère les couleurs de l’arc-en-ciel depuis le violet jusqu’au rouge.

Lorsque le Soleil est haut sur l’horizon, cette lumière bleue est diffusée dans toutes les directions, donnant au ciel sa couleur bleue, où que nous regardions.

Ce phénomène appelé “diffusion Rayleigh”, est le phénomène dominant pour ce qui détermine la couleur bleue du ciel. (Sur Mars, cette diffusion est minimale en raison de l'atmosphère très ténue, et le ciel est jaune-brun.)

Le ciel du couchant ou du levant prend de belles couleurs orange-rouge

D'autres couleurs dans l'atmosphère

Bien sûr, les autres couleurs se propagent, sont diffusées plus ou moins efficacement, et arrivent également à nos yeux.

Plus le chemin parcouru par la lumière (ou chemin optique) est long, plus elles sont présentes et affadissent le ton bleu du ciel, ce qui explique pourquoi celui-ci est moins profond lorsqu’on éloigne son regard de la verticale pour regarder vers l’horizon.

Si l’air est fort humide, les mini-gouttelettes d’eau présentes en grand nombre le rendent encore plus laiteux, et si la pollution s’en mêle, elle peut amplifier encore l’absorption de certaines couleurs, et la couleur du ciel peut prendre des tons jaunâtres ou rougeâtres.

C’est le cas, par exemple:

  • de l’ozone qui absorbe intensément les couleurs violettes-bleues-vertes
  • des aérosols, ces minuscules particules présentes dans l'air

C’est pour cette même raison que le ciel du couchant ou du levant prend de belles couleurs orange-rouge.

L’atmosphère comme une pelure autour de son orange

Imaginons l’atmosphère autour de la Terre comme une pelure autour de son orange, et nous observateurs comme un minuscule point situé juste en dessous de la pelure.

Comme le Soleil est bas sur l'horizon, la lumière qui parvient à notre œil a parcouru une distance bien plus longue dans l’atmosphère que lorsque le Soleil est haut dans le ciel: le bleu s’est dispersé au cours de la propagation de la lumière, et nous restons avec les couleurs plus proches du rouge.

L'angle sous lequel la lumière du soleil pénètre dans l'atmosphère joue un rôle. Crédit: YR Architecture Design.
Le spectre électromagnétique. Source: Nicepng
Ciel blue intense. Mesures effectuées par l'IASB dans les années 80, à Air sur l'Adour, en France, à l'aide de ballons stratosphériques.