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Pourquoi le ciel est-il bleu ?

ciel bleu

FLÂNEUR DES SCIENCES

Si la Terre est bleue comme une orange, le ciel est bleu comme la neige. Au-delà de la licence poétique boiteuse, il y a quand même un fond de vérité : la lumière que nous envoie le soleil est blanche, c’est-à-dire qu’elle est composée de toutes les couleurs perceptibles à l’oeil (plus d’autres qui ne le sont pas, mais ne compliquons pas les choses), qui, en s’additionnant, s’annulent. Logiquement donc, le ciel devrait être tel qu’on le voit depuis la Lune : parfaitement noir, puisque l’univers n’est pas très bien éclairé, avec un Soleil tout blanc.
Sauf que, contrairement à la Lune, la Terre a une atmosphère, et ça change tout. C’est elle qui bleuit le ciel : la lumière est une onde aux longueurs d’onde différentes selon qu’elle est plutôt dans le rouge (0,7 micron) ou, à l’opposé, dans le bleu (0,45 micron). Elle se déplace tout droit tant qu’elle ne rencontre pas d’obstacle mais, en frappant l’atmosphère, elle se heurte aux molécules de l’air, principalement de l’azote et de l’oxygène. Il s’en suit une diffusion, c’est-à-dire que les photons, ces minuscules particules qui composent la lumière, rencontrent des molécules et, comme lorsqu’une boule de pétanque en rencontre une autre, ils sont déviés dans toutes les directions possibles.

Carambolages

C’est pourquoi la lumière a l’air de venir de partout et pas seulement du soleil, parce que les photons sont éparpillés dans l’atmosphère. D’autant plus que lorsque les molécules de l’air sont frappées par les photons, elles émettent à leur tour de la lumière. Ça donne un bazar sans nom, une infinité de collisions dont chacune émet un peu de lumière de proche en proche et, à ce petit jeu de carambolages, c’est le bleu qui s’en sort le mieux : la loi de Rayleigh montre que, plus la longueur d’onde est courte, plus elle est diffusée.
Ainsi, seul 4 % du rouge est diffusé (c’est-à-dire émis à travers l’atmosphère) contre 20 % du bleu et 30 % du violet.
Pourquoi alors ne voit-on pas le ciel plutôt violet ? Là, c’est de notre faute : on voit beaucoup moins bien le violet que le bleu et on ne retient donc que ce dernier. C’est donc la diffusion, l’éparpillement de la lumière dans l’air, qui donne ce bleu.
Pour diffuser, il faut une source de lumière extrêmement puissante, raison pour laquelle, la nuit, le ciel est noir : la lumière des étoiles n’est pas assez forte pour provoquer ces réactions en chaîne. Et si le ciel est rosâtre (l’Aurore aux doigts de rose, chère à Homère) au lever et au coucher, c’est parce que le Soleil étant bas sur l’horizon, sa lumière traverse une couche d’atmosphère bien plus épaisse et rencontre plus de vapeur d’eau et d’aérosols qui, eux, sont plutôt du genre à diffuser les rouges. Enfin, si le Soleil nous apparaît jaune alors qu’il est blanc, c’est parce que le bleu ayant été diffusé dans toutes les directions, la couleur solaire est l’addition de celles qui restent. Alors, avant de vous lancer dans un compliment aussi bateau que « mademoiselle, vos yeux sont plus bleus que le ciel », essayez de trouver plus facile à expliquer. Plus original aussi, mais c’est une autre histoire.
 

Chronique réalisée en collaboration avec le Mag de Sud Ouest.
http://www.sudouest.fr/lemag/

Crédit photo : Pierre Baudier