Le ciel est-il bleu ?

Contrairement à notre satellite, la Lune, la Terre est dotée d'une couche protectrice, l'atmosphère. D'autres planètes du système solaire en possèdent une, comme Mars. Son rôle premier est de nous protéger des rayons lumineux émis par le Soleil. En effet, l'astre dégage sous forme d'explosion des boules d'énergie qui se dissipent dans toute la galaxie. Ces rayons arrivent au niveau de l'atmosphère. Que se passe-t-il ? Une partie est carrément réfléchie, une autre est absorbée et une infime partie passe au travers. Sans cette enveloppe filtrante, le ciel nous apparaîtrait noir et nous pourrions voir les étoiles en plein jour.

Spectre de la lumière

La lumière émise est de couleur blanche ; elle correspond à l'assemblage de sept couleurs, celles de l'arc-en-ciel. Chaque couleur correspond en physique à une longueur d'onde. Les plus courtes correspondent aux violet et bleu et les plus longues au rouge.

	Spectre de la lumière blanche allant de gauche à droite des longuers d'ondes les plus grandes aux plus petites. Photo © DR

Notre atmosphère est composée de nombreuses molécules comme le dioxygène et le diazote, mais également de molécules d'eau et d'autres petites particules. Elles jouent bien évidemment un rôle. Les faisceaux lumineux pénétrant dans l'atmosphère vont entrer en contact avec ces molécules. Suivant les longueurs d'onde, la réaction ne va pas être la même.

Excitation et dissipation

	En haut, un ciel de haute montagne beaucoup plus sombre que celui de bord de mer, en bas. Photo © Cyrille LIPS et Georges BILBAULT (galerie photo de L'Internaute)

Les molécules d'air ont un faible pour les couleurs de petite intensité comme le bleu ou le violet, ce qui correspond en physique à des longueurs d'ondes courtes. Les photons, particules d'énergie lumineuse, qui constituent ces ondes électromagnétiques, sont capturés par les molécules d'air. Elles sont alors excitées et se mettent à vibrer très rapidement dans l'atmosphère. S'en suit une phase de repos où elles en profitent pour disperser dans toutes les directions ces faisceaux lumineux de faible longueur d'onde. C'est la diffusion de Rayleigh, nommée ainsi en hommage au physicien anglais Robert John Rayleigh, précurseur dans le domaine de l'optique atmosphérique.

Cette diffusion ne s'effectue pas avec la couleur rouge dont la longueur d'onde est grande. Au sol, notre œil perçoit à la fois la lumière directe émise par le Soleil qui est blanche et les rayons bleus venant de toutes parts. D'où cette couleur bleue du ciel. C'est d'autant plus flagrant lorsque nous ne regardons pas directement notre astre mais ailleurs dans le ciel. Autre point : l'œil humain est plus sensible aux rayons proches du vert que du rouge. Cela accentue le fait que nous voyons le ciel bleu.

L'intensité lumineuse du bleu céleste varie suivant le lieu où l'on se trouve. Vous avez déjà constaté qu'en altitude, le ciel est bleu foncé et au bord de la mer, plus clair. Comment est-ce possible ? Plus on se trouve en altitude, moins la lumière entre en contact avec des particules et donc moins les faibles longueurs d'ondes sont diffusées. Le ciel présente un bleu plus soutenu.

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