Pourquoi le ciel est-il bleu ?

Toujours source d'inspiration pour les poètes et les écrivains, la couleur du ciel n'est pas un sujet sans intérêt. En effet, la raison pour laquelle nous le voyons bleu ou azur tous les jours tient à un phénomène scientifique qui n'a rien d'évident : la diffusion différentielle.

Le phénomène de diffusion se produit grâce à l'interaction entre la lumière provenant du Soleil et les particules qui composent l'atmosphère terrestre, c'est-à-dire l'enveloppe de gaz qui entoure et protège la Terre, sans laquelle il ne pourrait y avoir de vie.

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Avant d'analyser de près le phénomène de diffusion, il faut rappeler que la lumière blanche visible qui provient du soleil est constituée de la superposition d'ondes électromagnétiques de différentes longueurs d'onde.

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La longueur d'onde varie de 380 nm, couleur violette, à 750 nm, couleur rouge, en passant par toutes les autres couleurs présentes dans l'arc-en-ciel : bleu, vert, jaune et orange. On trouve aussi l'indigo, qui selon de nombreux scientifiques fait partie du bleu.

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L'atmosphère quant à elle est composée de 78 % d'azote (N2) et de 21 % d'oxygène (O2). De plus, dans une faible mesure, il y a aussi de l'eau, sous forme de vapeur et de gouttelettes, et des particules solides telles que la poussière ou les cendres des volcans.

Le phénomène de diffusion est précisément l'interaction entre les énergies des ondes électromagnétiques et les molécules de l'atmosphère.

Au moment où la majeure partie du rayonnement le plus long (couleur rouge) entre en contact avec l'atmosphère, le rayonnement poursuit sa trajectoire rectiligne.

En effet, les molécules de gaz (dont l'atmosphère est principalement composée) sont plus petites et sont donc "dépassées" par la lumière rouge, qui poursuit sa trajectoire.

En revanche, la lumière bleue, dont la longueur d'onde est plus courte, entre en phase de syntonisation avec les molécules de gaz et est donc réfléchie dans toutes les directions.

Le phénomène de diffusion est aussi appelé diffusion de Rayleigh. On doit ce nom à Lord John William Strutt Rayleigh (photo), un physicien d'origine anglaise, considéré comme le premier à l'avoir décrit au milieu du XIXe siècle.

Selon le phénomène de diffusion de Rayleigh, la lumière de grande longueur d'onde, comme le rouge, l'orange et le jaune, est donc peu affectée par l'interaction avec l'atmosphère.

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En revanche, la lumière bleue est diffusée dans toutes les directions. En fait, quel que soit l'endroit du ciel où nous regardons, nos yeux détectent toujours la même couleur (le bleu).

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En effet, si nous regardons vers l'horizon, peut-être en étant confortablement allongé sur une plage, il sera facile de remarquer que cette partie du ciel est plus claire. Cela s'explique par le fait que le phénomène de diffusion fonctionne mieux dans la haute atmosphère et moins bien dans la basse.

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À ce stade, vous pourriez avoir un doute : alors pourquoi le ciel n'est-il pas violet, puisque c'est la lumière avec la longueur d'onde la plus courte ?

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Il y a en fait deux raisons. La première concerne la sensibilité de notre œil qui, en fait, est beaucoup plus sensible au bleu qu'au violet.

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La deuxième raison pour laquelle nous ne voyons pas le ciel en violet est que la partie la plus superficielle de l'atmosphère terrestre l'absorbe, le dérobant ainsi à nos yeux. C'est donc la couleur bleue qui prévaut.

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Lorsque le soleil s'approche de l'horizon, il est plus bas : ses rayons doivent donc traverser une plus grande couche d'atmosphère. C'est alors la couleur rouge qui l'emportera car elle a besoin de plus d'air. L'œil du spectateur ne recevra donc plus les ondes associées au bleu, mais celles associées au rouge.

Sur la photo, un coucher de soleil sur le volcan Stromboli en Sicile.

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