Pourquoi le ciel est bleu et non pas totalement transparent ?

La question du ciel bleu est justement une très bonne question, qui permet de toucher à divers domaines comme la composition de l’atmosphère et la diffraction lumineuse. On va examiner ensemble quelles sont toutes les raisons pour lesquelles le ciel est bleu et non transparent, donc noir, de la couleur de l’espace !

De jour, le ciel est bleu (sauf quand il pleut, bien sûr), et la nuit, il se pare de noir et laisse entrevoir les étoiles voire carrément toute la majesté de la voie lactée, du moins si vous êtes suffisamment éloigné de toute pollution lumineuse. Alors pourquoi cette différence dans la journée ? L’air nous paraît pourtant bien transparent !

En fait l’air contenu dans l’atmosphère contient de petites molécules de gaz ainsi que des nanoparticules. Des poussières très petites, mais peu concentrées qui jouent également un rôle dans la couleur du ciel. Je ne sais pas si vous l’avez déjà remarqué, mais lorsque vous regardez vers le ciel depuis un avion de ligne, le plus verticalement possible, le ton de bleu est plus sombre qu’au sol.

Y aurait-il une question d’épaisseur ? Oui, mais pas seulement. Déjà considérons la lumière blanche. Vous le savez, si on fait passer un rayon lumineux dans un prisme, celui-ci décompose la lumière blanche en plusieurs couleurs. C’est que la lumière est en fait composée de plusieurs longueurs d’onde.

Plus on tire vers le rouge moins la fréquence (et donc l’énergie) de la longueur d’onde est importante. Plus on va vers le violet, plus la fréquence est élevée, et la période courte. Les longueurs d’onde tirant vers le bleu sont plus facilement déviées par de petits objets, comme les molécules de gaz et les particules en suspension.

Plus l’épaisseur de l’atmosphère traversé par la lumière augmente, plus le ciel devient rouge

Elle se disperse donc, sur d’autres molécules et poussières, et lorsque ce halo de dispersion est suffisamment fort, ou tout du moins domine sur le reste, notre rétine capte cette couleur bleutée. Le reste des longueurs d’ondes est en effet peu dérangé par les molécules de cette taille sur leur passage, et se dispersent de moins en moins à mesure qu’elles tirent vers le rouge.

Par ailleurs, vous le savez, au plus fort de la journée, le fait que le bleu se disperse un peu ne change pas notre perception des couleurs au sol, car l’effet, bien que visible, laisse tout de même beaucoup de lumière dans toutes les longueurs d’onde atteindre le sol.

Le soir en revanche, ça change : le ciel se pare d’orange puis de rouge. L’épaisseur traversée par la lumière du soleil est en effet beaucoup plus importante. Du coup, à la dispersion du bleu s’ajoute une absorption significative. Le spectre côté bleu nous parvient moins bien que la partie du spectre qui tire sur le rouge.

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