Pourquoi le ciel est-il bleu ?
Pourquoi le ciel est-il bleu, alors que l'univers extérieur est noir ?
L'atmosphère terrestre réfléchit une partie du rayonnement électromagnétique solaire, en particulier les rayonnements visible (lumière blanche) et en absorbe une autre partie.
En fait, la lumière est composée de différentes longueurs d'onde qui se propagent en ligne droite jusqu'à rencontrer un obstacle (objet ou molécule) qui la renvoie dans une autre direction. Lorsque les rayons solaires pénètrent l'atmosphère, ils rencontrent différents molécules et atomes, des gouttes d'eau, de la poussière, etc. en un mot, tous les éléments la constituant.
Les molécules présentes dans l'atmosphère terrestre, étant donnée leur taille, ont tendance à diffuser les plus courtes longueurs d'onde de la lumière, autrement dit les couleurs du spectre visible proches du violet. Ce sont donc majoritairement ces rayons qui arrivent jusqu'à notre œil. C'est la diffusion de Rayleigh(1) qui est à l'origine de ce phénomène : les molécules de l'air sont excitées au passage d'un rayon électromagnétique et lors de leur phase de repos, elles diffusent dans toutes les directions des rayons de faible longueur d'onde.
Mais alors, pourquoi ne voit-on pas le ciel violet (couleur qui correspond au bas du spectre lumineux) ?
En effet, les longueurs d'onde qui correspondent au violet et qui arrivent jusqu'à notre œil sont bien plus énergétiques, mais le fait est que ce dernier a une sensibilité accrue (ou pic de sensibilité) pour les couleurs proches du vert, ce qui fait que l'on voit le ciel en bleu(2).
À l'inverse, lorsque nous dirigeons notre regard vers le soleil ou au voisinage de celui-ci, nous percevons majoritairement les rayonnements les plus directs donc ceux de grande longueur d'onde (couleurs tendant vers le rouge), moins diffusés par l'atmosphère.
De plus, l'intensité lumineuse du bleu céleste varie suivant le lieu où l'on se trouve. En altitude par exemple, le ciel est bleu foncé alors qu'au bord de la mer, il est plus clair. La raison est simple : plus on se trouve en altitude, moins la lumière entre en contact avec des particules et moins les faibles longueurs d'ondes sont diffusées – le ciel présente un bleu plus soutenu. A l'inverse, plus il y a des gouttes d'eau et de poussière dans l'air, plus la diffusion est amplifiée ce qui augmente la proportion de vert et de jaune, clarifiant ainsi le bleu du ciel.