Pourquoi le ciel est-il bleu et les couchers de soleil souvent rouges ?
Pourquoi le ciel est-il bleu et le coucher de soleil rouge ? Comprenez la diffusion de Rayleigh, le trajet de la lumière et observez les couleurs du ciel.
À midi, le ciel est bleu. Le soir, l’horizon se teinte parfois d’orange ou de rouge. Le Soleil n’a pourtant pas changé les couleurs de sa lumière. L’atmosphère terrestre diffuse les différentes couleurs de la lumière solaire avec des intensités différentes. La couleur qui nous parvient dépend aussi du trajet de cette lumière dans l’air.
Une distinction permet de comprendre le phénomène : la lumière d’une zone bleue du ciel ne suit pas le même chemin jusqu’à nos yeux que celle venant de la direction du Soleil bas. Les deux observations sont liées au même processus.
La lumière solaire contient plusieurs couleurs
La lumière du Soleil nous paraît généralement blanchâtre. Elle est pourtant un mélange de couleurs visibles. Un prisme peut séparer ce mélange en un spectre, du violet et du bleu à courte longueur d’onde jusqu’au rouge à longueur d’onde plus grande.
La longueur d’onde est la distance entre deux crêtes successives d’une onde lumineuse. Retenez ici que celle du bleu est plus courte que celle du rouge. Cette différence influence l’intensité de la diffusion dans l’atmosphère (NASA Space Place).
Diffuser signifie rediriger la lumière dans différentes directions. L’air n’est donc pas simplement une vitre bleue à travers laquelle nous regardons.
Comment les molécules de l’air rendent le ciel bleu
La lumière solaire rencontre les molécules des gaz atmosphériques, principalement l’azote et l’oxygène. Elles sont beaucoup plus petites que les longueurs d’onde de la lumière visible. Dans ces conditions, les courtes longueurs d’onde sont davantage diffusées que les grandes : la lumière bleue est plus fortement redirigée que la rouge. C’est la diffusion de Rayleigh (Met Office).
Lorsque vous regardez une zone de ciel dégagé à l’écart du Soleil, vous recevez de la lumière que les molécules ont diffusée vers vous. Comme sa composante bleue ressort particulièrement, le ciel vous paraît bleu.
Les molécules ne créent pas une nouvelle source bleue : elles redirigent une partie de la lumière solaire existante. L’explication vaut donc aussi au-dessus des terres. Le ciel n’est pas bleu parce qu’il reflète la mer.
Ciel bleu et soleil couchant rouge : deux trajets
La contradiction apparente disparaît lorsqu’on distingue la lumière diffusée de celle venant de la direction du Soleil.
| Observation | Quelle lumière nous parvient ? | Pourquoi cette couleur ? |
|---|---|---|
| Ciel bleu de jour, à l’écart du Soleil | Lumière solaire diffusée vers nous par l’air | La composante bleue est particulièrement diffusée |
| Couleurs chaudes vers le Soleil bas | Lumière ayant parcouru un long trajet atmosphérique | Une grande part des courtes longueurs d’onde a quitté ce trajet par diffusion ; les rouges et les oranges ressortent |
L’atmosphère ne « fabrique » pas du bleu à midi puis du rouge le soir. Nous voyons différentes composantes du même mélange après des chemins différents.
Pourquoi les couchers de soleil sont souvent orange ou rouges
Quand le Soleil est haut, sa lumière traverse un trajet relativement court dans l’atmosphère avant d’atteindre le sol. Lorsqu’il est bas, elle traverse obliquement beaucoup plus d’air. Imaginez une fine couche autour d’une sphère : y entrer presque perpendiculairement donne un trajet court ; la longer près du bord donne un trajet bien plus long.
Sur ce long parcours, davantage de lumière bleue et violette est diffusée hors de la direction directe. La lumière qui nous arrive encore depuis la direction du Soleil contient donc une proportion plus importante de rouge et d’orange, aux longueurs d’onde plus grandes. Le même principe s’applique au lever du soleil (NASA, Met Office).
L’atmosphère ne devient pas soudain plus épaisse chaque soir. C’est la longueur du trajet dans la couche d’air existante qui change. Tout le ciel ne devient pas non plus rouge à chaque coucher : direction du regard, nuages et particules influencent les couleurs observées.
Pourquoi l’horizon paraît souvent plus pâle
Le bleu d’un ciel dégagé est souvent plus intense au-dessus de votre tête qu’à l’horizon. Le trajet plus long intervient encore : la lumière est diffusée puis rediffusée, donnant un mélange plus clair et moins intensément bleu.
La poussière et d’autres fines particules, appelées aérosols, peuvent aussi modifier la répartition de la lumière. Les soirées ne se ressemblent donc pas toutes. Un horizon orange ne constitue toutefois ni une mesure de la qualité de l’air ni une prévision météorologique fiable.
Trois questions fréquentes
Pourquoi le ciel n’est-il pas violet ?
Le violet est diffusé encore plus fortement que le bleu. Mais la diffusion n’explique pas à elle seule notre perception : la lumière solaire contient moins de violet et nos yeux sont plus sensibles au bleu. Ensemble, ces facteurs expliquent la couleur habituellement bleue du ciel de jour (Met Office).
Le ciel serait-il bleu sans océans ?
Oui. La lumière solaire et sa diffusion dans l’atmosphère sont les éléments décisifs. Une surface d’eau en dessous n’est pas nécessaire.
Les couleurs de l’aube ont-elles une autre origine ?
La géométrie de base est similaire : le Soleil est bas et la lumière traverse beaucoup d’atmosphère. Les couleurs peuvent différer parce que l’air et les nuages ne sont pas dans les mêmes conditions.
Une petite routine d’observation
Vous n’avez besoin ni d’instrument ni d’un lieu particulier. Choisissez une journée avec un peu de ciel dégagé et comparez deux moments :
- Dans la journée : Observez le ciel près de l’horizon puis plus haut, à l’écart du Soleil. Où le bleu est-il intense ou pâle ?
- Vers le soir : Regardez le ciel dans la direction du coucher sans regarder directement le Soleil. Quelles zones prennent des couleurs chaudes et lesquelles restent bleues ?
- Distinguez observation et explication : Notez d’abord couleurs, direction et nuages. Reliez-les ensuite à un trajet lumineux court ou long.
- Recommencez un autre jour : Les différences rappellent que les conditions atmosphériques comptent autant que la géométrie générale.
Pour comprendre les nuages visibles, consultez comment se forment les nuages et pourquoi ils disparaissent. Cet article suit les gouttelettes et les cristaux de glace ; celui-ci suit la lumière.
Se représenter l’atmosphère autour du globe
Avec LiveGlobe 3D, vous pouvez faire tourner le globe, zoomer et activer l’effet d’atmosphère dans les paramètres. Utilisez cette vue pour imaginer la couche d’air autour d’une Terre sphérique. L’accès web prévoit une connexion à un compte.
Le modèle de la sphère et de sa couche d’air donne l’explication : lorsque le Soleil est haut, le trajet est relativement direct ; lorsqu’il est bas, la lumière parcourt une longue distance le long de la courbure terrestre. Le globe aide à visualiser cette géométrie. Les couleurs réelles s’observent dehors.
Explorez les vues du globe de LiveGlobe 3D avec cette question en tête : Est-ce surtout de la lumière diffusée vers moi, ou de la lumière venant de la direction du Soleil après un long trajet ?
Courtes vidéos
L'app en mouvement : de courts aperçus authentiques directement issus de l'utilisation.
En un coup d'œil
Ce que l'app donne comme sensation sur téléphone.
