Pourquoi le ciel est bleu ? — la réponse simple, en trois phrases
Tu as déjà remarqué que la lumière du Soleil a l'air blanche ? En vrai, elle contient toutes les couleurs de l'arc-en-ciel mélangées. Quand cette lumière traverse l'air, les tout petits morceaux d'air renvoient surtout le bleu dans tous les sens, et c'est ce bleu éparpillé que tu vois quand tu lèves la tête.
Pourquoi le ciel est bleu ? — pour les grands
Le ciel est bleu à cause de la lumière ou à cause ?
Les deux, et il faut les deux. Prenez une lampe torche dans une pièce vide : le faisceau est invisible. Ajoutez un peu de fumée ou de poussière, et le faisceau apparaît. L’air fait la même chose avec la lumière du Soleil, en plus discret. Sans atmosphère, le ciel serait noir en plein jour, avec un Soleil aveuglant posé dessus. C’est exactement ce que voient les astronautes depuis la Lune.
La lumière blanche du Soleil est un mélange de toutes les couleurs, du rouge au violet. Chaque couleur est une onde, et ces ondes n’ont pas la même longueur. Le rouge mesure environ 700 nanomètres (un nanomètre est un milliardième de mètre), le bleu environ 450. Les molécules d’air, elles, sont encore bien plus petites : moins d’un nanomètre. Cette différence de taille change tout.
Pourquoi le bleu et pas une autre couleur ?
Quand une onde lumineuse rencontre une molécule d’azote ou d’oxygène, la molécule la renvoie un peu dans une direction au hasard. Ce phénomène porte le nom du physicien anglais Lord Rayleigh, qui l’a calculé en 1871. Sa formule dit une chose simple : plus l’onde est courte, plus elle est déviée. La lumière bleue est renvoyée environ 5,5 fois plus que la lumière rouge.
Pourquoi ?Pourquoi on pleure ?Résultat : le rouge, l’orange et le jaune traversent l’air presque tout droit, tandis que le bleu rebondit de molécule en molécule et finit par arriver à vos yeux depuis toutes les directions. Où que vous regardiez, une partie de la lumière bleue du Soleil a été détournée vers vous. Le ciel entier devient une lampe bleue.
Une question revient souvent : le violet a une onde encore plus courte que le bleu, alors pourquoi le ciel n’est-il pas violet ? Trois raisons se cumulent. Le Soleil émet moins de violet que de bleu. Une partie du violet est absorbée très haut dans l’atmosphère. Et surtout, l’œil humain est nettement plus sensible au bleu qu’au violet. Le mélange qui arrive à la rétine est perçu comme un bleu ciel.
Pourquoi le ciel est rouge le soir ?
Le soir, le Soleil est bas sur l’horizon. Sa lumière traverse alors une épaisseur d’air bien plus grande qu’à midi : environ 38 fois plus au moment où il touche l’horizon. Sur ce long trajet, presque tout le bleu a été éparpillé ailleurs avant d’arriver jusqu’à vous. Il reste le rouge et l’orange, qui, eux, sont passés tout droit. Le ciel du couchant est fait de la lumière que le ciel bleu de midi a laissée passer.
Les poussières, les cendres de volcan ou la pollution renforcent l’effet. Après l’éruption du Pinatubo en 1991, les couchers de Soleil ont été anormalement rouges pendant plus d’un an sur toute la planète. Le mécanisme de la nuit, lui, n’a rien à voir avec les couleurs : il tient à la rotation de la Terre, expliquée dans Pourquoi il fait nuit ?.
Pourquoi le ciel est plus pâle à l’horizon ?
Levez les yeux vers le zénith, juste au-dessus de votre tête : le bleu est profond. Baissez le regard vers l’horizon : il devient blanchâtre. La raison est la même que pour le coucher de Soleil. En regardant à l’horizontale, votre œil traverse beaucoup plus d’air. La lumière bleue déviée vers vous a été déviée une deuxième, une troisième fois, et les autres couleurs s’y sont mélangées. Le bleu se dilue en blanc.
C’est aussi pourquoi le ciel est plus bleu en montagne : à 3 000 mètres, il y a environ 30 % d’air en moins au-dessus de vous. Moins d’air, moins de dilution. Sur les photos prises à 10 000 mètres depuis un avion, le ciel au-dessus tire déjà vers le bleu marine.
| Lieu | Couleur du ciel en plein jour | Pourquoi |
|---|---|---|
| Terre, plaine | Bleu, pâle à l’horizon | Diffusion par l’azote et l’oxygène |
| Terre, 3 000 m | Bleu profond | Moins d’air au-dessus |
| Lune | Noir | Pas d’atmosphère |
| Mars | Beige-jaune | Poussières rouges en suspension |
Et sur Mars, le ciel est de quelle couleur ?
Les rovers de la NASA ont envoyé la réponse : le ciel martien est beige à jaune orangé en journée. L’atmosphère de Mars est très fine, cent fois moins dense que la nôtre, mais elle est chargée de poussières d’oxyde de fer, ces mêmes poussières qui donnent sa couleur rouille à la planète. Ces grains sont bien plus gros que des molécules, et ils diffusent la lumière autrement.
Le plus surprenant vient au coucher du Soleil martien : le ciel devient bleu autour du Soleil. Les fines poussières laissent passer le bleu vers l’avant et dévient le rouge sur les côtés. Mars fait donc l’inverse de la Terre. Le rover Curiosity l’a photographié en avril 2015, et l’image a fait le tour du monde.
Pourquoi ?Pourquoi les oiseaux chantent ?La mer, elle, doit sa couleur à un autre mécanisme, où l’eau elle-même absorbe le rouge ; c’est le sujet de Pourquoi la mer est bleue ?. Et la lumière qui arrive jusqu’à nous la nuit, celle des étoiles, traverse le même air, ce qui explique leur scintillement décrit dans Pourquoi les étoiles brillent ?.
Vrai ou faux ?
Deux affirmations sur cette question. Soulève un volet.
…
Aurèle Marchetti
Pendant six ans, Aurèle a fait la nuit dans un planétarium de Toulouse, sous une coupole, devant des classes qui voulaient savoir où s'arrête le ciel. Il est… Ses autres réponses
