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, regardez cette courte vidéo explicative : https://www.youtube.com/watch?v=ehUIlhKhzDA (en anglais).
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Explications
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. Les rayons dont la longueur d’onde est bien supérieure à la dimension des particules du milieu peuvent être déviés de leur trajectoire initiale par ces mêmes particules, sans qu’il ait de perte énergétique. Les radiations déviées sont diffusées. Ce phénomène se produit surtout dans la haute atmosphère. Il 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.
Un autre type de diffusion (dite diffusion de Mie) 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. La diffusion de Mie 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.
