Le ciel change de couleur tout au long de la journée. Nous avons tous remarqué comment il est généralement d’un beau bleu pendant la journée, pour passer à une teinte rougeoyante au moment du coucher du soleil. Mais savez-vous vraiment pourquoi ce phénomène se produit ? Cet article vous expliquera l’influence de l’atmosphère et de la lumière sur les couleurs que nous observons dans le ciel.
Lumières et couleurs : une affaire d’ondes et de fréquences
Pour commencer, il faut savoir que les différentes couleurs que nous percevons sont en réalité des ondes lumineuses de différentes fréquences. Le soleil émet une vaste gamme de ces fréquences, qui forment ensemble ce que l’on appelle la lumière blanche.
Cette lumière blanche, en passant à travers l’atmosphère terrestre, se décompose et interagit avec les particules qu’elle rencontre sur son chemin. Selon la taille et la densité de ces particules, certaines longueurs d’onde seront absorbées, tandis que d’autres seront diffusées. Ce sont ces dernières qui atteindront finalement nos yeux, nous permettant ainsi d’observer le ciel dans toutes ses nuances.
La diffusion Rayleigh : le secret du ciel bleu
Pourquoi le ciel est-il bleu pendant la journée ?
La couleur d’un ciel dégagé en plein jour est principalement due à un phénomène appelé diffusion Rayleigh. Le physicien britannique Lord Rayleigh a découvert que les particules présentes dans l’atmosphère – comme les molécules d’air et de vapeur d’eau – ont tendance à diffuser préférentiellement les ondes lumineuses de faibles longueurs d’onde (autour de 400 nm), soit les couleurs proches du violet et du bleu, plutôt que celles de plus grandes longueurs d’onde telles que le jaune, le vert ou le rouge.
Cependant, nos yeux sont légèrement moins sensibles au violet qu’au bleu. C’est pourquoi nous percevons principalement le bleu lorsque nous observons le ciel en journée.
L’influence de l’épaisseur de l’atmosphère
Il est important de noter que la diffusion Rayleigh dépend également de l’épaisseur de l’atmosphère traversée par la lumière solaire. Plus cette épaisseur est grande, plus la diffusion des longueurs d’onde courtes sera importante. Ainsi, lorsqu’on observe le ciel à l’horizontale, où la lumière traverse une partie beaucoup plus épaisse de l’atmosphère, il paraîtra généralement plus pâle que lorsque l’on regarde directement au-dessus de soi.
Du bleu au rouge : le spectacle du coucher du soleil
Le rôle de l’angle d’incidence
Au moment du coucher du soleil, le soleil se trouve très bas sur l’horizon. Cela signifie que la lumière qu’il émet doit traverser une couche atmosphérique beaucoup plus épaisse pour atteindre nos yeux. Cette
augmentation de l’épaisseur atmosphérique a des conséquences importantes sur la manière dont les différentes longueurs d’onde sont diffusées.
Pendant cette période, les ondes lumineuses de faibles longueurs d’onde – en particulier celles correspondant aux couleurs bleues et violettes – sont majoritairement diffusées au fur et à mesure qu’elles progressent à travers l’atmosphère, leur densité diminuant considérablement avant qu’elles n’atteignent notre champ de vision.
Le passage aux longueurs d’onde plus longues
Dans le même temps, les ondes lumineuses de plus longues longueurs d’onde (autour de 700 nm) – notamment celles correspondant aux couleurs rouges et orangées – subissent moins de diffusion et atteignent donc nos yeux en plus grande quantité. De fait, ce sont elles qui dominent notre perception visuelle du ciel au coucher du soleil.
Ce phénomène s’accentue particulièrement lorsque l’atmosphère est chargée de particules plus grosses, telles que des poussières ou des gouttelettes d’eau. Ces dernières accentuent la diffusion des longueurs d’onde courtes, donnant au ciel des teintes rougeoyantes encore plus intenses et spectaculaires.
Le cas des ciels nuageux
Dans certaines conditions météorologiques, les nuages peuvent également influencer la couleur du ciel. Ils agissent en quelque sorte comme des miroirs pour les différentes longueurs d’onde de la lumière, y compris celles qui sont normalement absorbées ou diffusées par l’atmosphère.
Lorsque le soleil est haut dans le ciel, ces ondes lumineuses se combinent pour donner aux nuages une couleur blanche éclatante. Lorsqu’il se trouve près de l’horizon, toutefois, les couleurs rouges et oranges prennent le dessus sur les autres couleurs, donnant aux cieux nuageux des teintes variées allant du rose pâle à l’orangé.
Les limites de ce processus d’éclaircissement
Ce mécanisme présente toutefois ses limites : plus l’angle entre le soleil et l’observateur diminue, moins ces dernières réflexions parviennent à « contrebalancer » les effets de diffusion et autre absorption générés par la traversée diagonale de l’atmosphère. Il peut alors arriver que le ciel – ou certains secteurs seulement – prenne des teintes bleutées (bleu foncé, voire violet) liées à une absorption importante des longueurs d’ondes intermédiaires de la lumière solaire.
