La Terre intercepte chaque jour une portion de la lumière solaire. Les radiations pénètrent dans l’atmosphère et se propagent vers la surface. Sur leur chemin, elles rencontrent des particules gazeuses, des ions et des nuages avec lesquelles elles peuvent réagir. Ces interactions ont un rôle dans l’équilibre thermique de notre planète et pour les organismes vivants. 

Dans cet article, nous allons donc nous intéresser en détail aux différentes interactions existant entre les radiations lumineuses et les composants de l’atmosphère. 

La diffusion de Rayleigh

Principe : Le rayonnement pénètre dans l’atmosphère. Les radiations dont la longueur d’onde est bien supérieure à la dimension des particules du milieu peuvent être déviées de leur trajectoire initiale par ces mêmes particules, sans qu’il ait de perte énergétique. Les radiations déviées sont diffusées.

La diffusion se produit surtout dans la haute atmosphère. Elle affecte les rayons de courte longueur d’onde (comme les UVs et les rayons bleus). La diffusion de ces rayons est à l’origine de la couleur bleue du ciel en journée. On l’appelle la diffusion de Rayleigh

A l’aube ou au crépuscule, le Soleil est bas à l’horizon et les rayons doivent traverser une atmosphère plus épaisse. 

La diffusion de Rayleigh affecte alors les rayons de courte longueur d’onde (UV, bleu) mais aussi ceux de plus grande longueur d’onde (vert, jaune, orange) et le ciel se teinte d’une couleur orangé.

Crédit : National Geographic

La diffusion de Mie

Principe : Un autre type de diffusion peut se produire lorsque les radiations ont une longueur d’onde de même ordre que la dimension des particules, voire inférieure.  

La théorie de Mie complète celle de Rayleigh. Elle s’applique aux gouttelettes d’eau de taille macroscopique qui diffusent le rayonnement solaire. Cette diffusion est à l’origine de la couleur blanche ou grise des nuages, et de l’apparition de phénomènes optiques comme les arc-en-ciels et les halos.

La couleur du ciel

La couleur du ciel n’est pas due au hasard. Elle est le résultat des nombreuses interactions entre la lumière provenant du Soleil et les divers composants de l’atmosphère. Pour mieux comprendre comment se produisent ses interactions, regardons cette courte vidéo explicative :