Pourquoi le ciel est-il bleu ?

Une question apparemment triviale, avec des implications “chromatiques”, pourquoi le ciel est-il bleu ? Avant de répondre, expliquons tout d’abord la composition des couleurs. Notre perception d’une couleur plutôt qu’une autre est donnée par l’absorption différente du rayonnement électromagnétique des différentes longueurs d’onde de la lumière (spectre visible).

Le spectre visible

Le spectre visible comprend toutes les couleurs que l’œil humain est capable de percevoir : rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet. Un phénomène météorologique familier qui nous permet de voir toutes les couleurs produites par un rayon de lumière visible d’une longueur d’onde précise est l’arc-en-ciel, auquel on ajoute l’indigo, qui n’est rien d’autre qu’une nuance entre le bleu et le violet.

Les études sur le spectre visible ont été menées par Isaac Newton dans son traité “Opticks” publié en 1704, et par Goethe dans son essai “Theory of Colours” de 1810. La lumière qui semble blanche à nos yeux est en fait composée des sept couleurs du spectre. Pour preuve, Newton a fait passer un rayon de lumière à travers un prisme de cristal. Le rayon a été décomposé en sept couleurs du spectre visible.

Ainsi, un objet qui “reflète” toutes les ondes lumineuses que nous percevons est blanc (somme de toutes les couleurs) ; un objet qui “absorbe” toutes les ondes est perçu par nos yeux comme noir (absence de couleurs) ; un objet qui absorbe toutes les ondes sauf une a la couleur correspondant à cette onde (par exemple : un objet qui n’absorbe pas le vert est perçu par nos yeux comme vert).

Lorsque la lumière du soleil, en traversant l’atmosphère, atteint la Terre, elle interagit avec les molécules qui composent l’atmosphère et se diffuse. Maintenant, les rayons lumineux sont blancs. Lorsque la lumière rencontre les molécules qui composent l’atmosphère, elle se comporte différemment selon sa longueur d’onde et, par divers processus de réflexion et d’absorption, elle est filtrée de telle sorte qu’une partie seulement atteint la surface de la Terre (et donc nos yeux).

Couleur du ciel : l’interaction

L’interaction avec l’atmosphère provoque un phénomène appelé diffusion, dans lequel la lumière, rencontrant les molécules de l’atmosphère, modifie sa trajectoire en fonction de sa longueur d’onde. La lumière bleue est diffusée et réfléchie dans toutes les directions, contrairement aux autres couleurs, car sa longueur d’onde est plus courte. En fait, quelle que soit la direction dans laquelle on regarde le ciel, la couleur bleue atteint nos yeux. C’est précisément pour cette raison que le ciel apparaît bleu (ou bleu).

Lorsque le Soleil se couche sur l’horizon au moment où il se couche, la lumière du Soleil doit traverser davantage d’atmosphère, de sorte que des ondes plus longues que le bleu sont également diffusées. La lumière rouge, ayant une plus grande longueur d’onde, ne subit pas d’interférences à travers l’atmosphère. Au lever et au coucher du soleil, les rayons du soleil bas sur l’horizon traversent une plus grande couche d’atmosphère en raison de l’inclinaison des rayons, ce qui fait que la lumière rouge se répand davantage, changeant la couleur du ciel et le rendant rougeâtre.

Cette “dynamique” de diffusion des rayons du soleil à travers l’atmosphère ne nous permet pas de voir les étoiles pendant la journée. Notre Lune n’a pas d’atmosphère : c’est pourquoi la diffusion de la lumière, à partir de la Lune, même pendant la journée, le ciel apparaît noir et le soleil toujours blanc, tant à l’aube qu’au coucher du soleil.