Pourquoi le ciel est-il bleu ?

Y a-t-il une explication à la couleur bleue du ciel ? Est-ce dû au reflet des océans ? Non, car le bleu ne serait pas aussi limpide et intact. L’interaction entre les rayons du Soleil et les particules présentes dans l’atmosphère est l’une des explications de ce phénomène. L’observateur est également un élément à prendre en compte. Quel est donc le mécanisme entre ces trois facteurs qui fait que le ciel est perçu comme bleu ?

La composition de la lumière du Soleil 

Le Soleil réchauffe notre planète grâce à l’énergie qu’il propage via ses rayons. Cette lumière, visible à l’œil nu, est une longueur d’onde qui se décompose en spectres lumineux. On y trouve des particules qui émettent de l’énergie de différents niveaux. 

Ces particules sont classées par couleur : le rouge, le bleu et le vert que l’on retrouve dans l’arc-en-ciel. Par ailleurs, ces couleurs primaires permettent d’obtenir d’autres nuances lorsqu’elles se confondent. Le mélange de toutes ces couleurs correspond à la couleur blanche de la lumière du Soleil. 

Un spectre lumineux est exprimé en nanomètre (NM). Plus le nanomètre est petit, plus la longueur d’onde est courte, et inversement. 

La couleur rouge a une longueur d’onde de 650 NM et une fréquence de 530 THZ. Le spectre lumineux bleu a, quant à lui, une longueur d’onde de 500 NM et une fréquence de 600 THZ.

La couleur bleue a donc une longueur d’onde plus courte que la longueur d’onde rouge. Cette notion de grandeur est à garder en tête, car elle sera très utile pour comprendre le bleu du ciel. 

Mais pourquoi le ciel paraît bleu alors que la lumière du Soleil est composée de plusieurs couleurs ? Pour cela, il faut se tourner du côté de l’atmosphère terrestre.

Que se passe-t-il lorsque les rayons du Soleil pénètrent dans l’atmosphère ?

L’atmosphère terrestre est constituée de 5 couches différentes (troposphère, stratosphère, etc.) qui permettent de garder la chaleur sur notre planète, de maintenir une pression acceptable et de la protéger contre les effets néfastes des rayons ultraviolets, grâce à la couche d’ozone située dans la stratosphère. 

L’atmosphère est principalement composée de petites molécules d’oxygène (O2) et d’azote (N) présentes en quantité abondante. On y trouve également du dioxyde de carbone (C02), des particules de poussière, des microgouttelettes d’eau et des petites particules de glace.

Lorsque la lumière blanche diffusée par le Soleil traverse l’atmosphère, certaines longueurs d’ondes sont plus diffusées que d’autres, c’est-à-dire renvoyées dans de multiples directions.

La diffusion des rayons du Soleil par les particules présentes dans l’atmosphère terrestre est à l’origine de la couleur bleue du ciel.

Avant d’aller plus loin, il est intéressant de savoir de quelle couleur serait le ciel en l’absence d’atmosphère. Le regard de l’observateur (l’œil humain) perçoit une lumière blanche. En revanche, en dehors de la direction du Soleil, le ciel paraîtrait noir, comme sur la Lune. L’atmosphère terrestre joue donc un rôle crucial dans la coloration du ciel. 

Il y a une interaction entre la lumière du Soleil et les molécules présentes dans l’atmosphère. Les petites molécules d’azote et d’oxygène interagissent avec les longueurs d’ondes de la lumière en réalisant des mouvements d’oscillation. 

Plus la fréquence de la longueur d’onde est importante, plus les petites molécules oscillent et donc diffusent la couleur associée au spectre lumineux. Les couleurs bleue et violette ayant une fréquence plus importante et une longueur d’onde plus courte que le rouge, sont donc beaucoup plus diffusées dans le ciel. Ce phénomène de diffusion de la lumière se nomme la diffusion de Rayleigh.

Pourquoi alors le ciel n’est-il pas violet ? Cette couleur est bel et bien présente dans le ciel mais l’œil humain est beaucoup plus sensible à la couleur bleue qu’à la coloration violette. La perception de la couleur bleue du ciel dépend donc de l’observateur. C’est pourquoi, ce facteur est également à prendre en considération pour expliquer la couleur bleue du ciel.

Pourquoi le ciel n’est-il pas tout le temps bleu ? 

Le ciel peut paraître rouge-orangé au lever ou au coucher du Soleil. En effet, le Soleil étant situé plus bas dans le ciel, la distance parcourue par ses rayons pour traverser l’atmosphère, plus épaisse, est plus importante. Les longueurs d’ondes bleues sont alors bien plus diffusées qu’en journée, et ont tendance à s’atténuer pour laisser place aux longueurs d’ondes rouge, orange et jaune. Mettant plus de temps pour se répandre, elles sont donc plus facilement perçues par l’observateur. C’est pourquoi, le ciel paraît rouge-orangé.

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