Au tableau Joël de Rosnay ! Publié le

Les couleurs du ciel

Pourquoi le ciel est-il bleu quand il fait beau ? Pourquoi devient-il rouge au couchant ? Le mythique "rayon vert" existe-t-il vraiment ? Debout devant son tableau blanc, crayons feutres en main, Joël de Rosnay nous dévoile les mystères des longueurs d'onde.
Un épisode de la série "Au tableau Joël de Rosnay : drôles de questions de science".

Réalisation : Roland Cros

Production : Universcience

Année de production : 2009

Durée : 6min32

Accessibilité : sous-titres français

Les couleurs du ciel

AU TABLEAU !

Joël de Rosnay

Pourquoi le ciel est-il bleu et le Soleil rouge quand il se couche ?

C'est un phénomène qu'on peut expérimenter, mais tous les jours. À condition qu'il fasse beau, évidemment, sinon on voit des nuages gris. Eh bien, normalement, le ciel est noir, complètement noir. C'est d'ailleurs ce que voient les astronautes. Il est noir et le Soleil est blanc. Ce qui change tout c'est l'atmosphère de la Terre. Voilà la Terre et autour de la Terre, il y a une mince pellicule que l'on connaît qui est de l'air, avec dedans, un certain nombre de molécules. On va revoir un peu tout à l'heure quel est leur rôle. Voilà la Terre et voilà son atmosphère.

Le Soleil, il a une lumière blanche. Et cette lumière blanche, elle est en fait composée d'une quantité de couleurs, six, (si c'est les couleurs de l'arc-en-ciel) qui ont des longueurs d'onde différentes. Alors il faut que j'explique un peu ce que c'est que les longueurs d'onde. Les photons de lumière se déplacent à la fois sous forme de particules et d'ondes. C'est ce qu'on appelle les radiations électromagnétiques. Quand les longueurs d'onde sont très grandes, c'est par exemple les ondes radio, les grandes ondes ou les petites ondes. Celle du radar, ça devient plus court, et puis l'infrarouge, et puis, le spectre visible, sur lequel je vais revenir. Et puis au-delà du spectre visible, de l'ultraviolet, les rayons X, les rayons radioactifs, les rayons cosmiques ont des longueurs d'onde extrêmement courtes et beaucoup d'énergie. C'est pourquoi la radioactivité est tellement dangereuse pour notre corps. Donc une longueur d'onde, ben, ça va être la distance qu'il y a entre deux ondes si on peut dire. Et la lumière, elle, va être constituée, la lumière blanche, du rouge, de l'orange, du jaune, du vert, du bleu et du violet. Ça, on le voit. Nos yeux – notre œil le voit. Par contre, au-delà du rouge c'est l'infrarouge, c'est la chaleur. Quand on met ses mains devant un poêle ou un feu de cheminée on sent la chaleur mais on la voit pas. Et au-delà du violet c'est l'ultraviolet, ce sont les rayonnements qui nous viennent du soleil, qui bronzent la peau, qui permettent de fabriquer la vitamine D dont on a tellement besoin pour la calcification des os, notamment. Donc rappelons-nous que le Soleil, en fait, il est blanc pour les astronautes, sa lumière est blanche, elle est constituée d'un mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

Maintenant, que se passe-t-il quand un rayon blanc du Soleil frappe l'atmosphère ?

Alors on va agrandir un tout petit peu l'atmosphère de la Terre. La voilà. Voilà la Terre, ici. Et dans cette atmosphère il y a de l'oxygène, de l'azote, du dioxyde de carbone, des poussières (malheureusement. Souvent dues à l'activité des hommes, d'ailleurs, ou bien, vous savez, les traînées des avions) de l'eau, (je vais mettre en vert), des micro-gouttelettes d'eau. Tout ça est présent dans l'atmosphère. Quelquefois, des petites particules de glace. Et donc, lorsqu'un rayon blanc du Soleil arrive sur cette atmosphère, il va rencontrer ces particules et surtout les petites molécules, les petites molécules de l'air qui ont la taille disons « idéale » entre guillemets, pour diffuser la lumière. C'est un phénomène très important, ça s'appelle la diffusion de Rayleigh. Mais disons, gardez présent à l'esprit que la diffusion c'est une sorte d'éparpillement dans toutes les directions possibles. Alors, regardez, voilà un rayon blanc du Soleil qui arrive sur des molécules de l'air ou des particules de poussière, et dans toutes les directions, tout ça ne va diffuser, en majorité, que le bleu. Et donc quand on regarde le ciel en regardant vers le haut, à travers l'atmosphère, on voit surtout des rayonnements bleus. Donc le ciel nous apparaît bleu. Ça c'est le premier phénomène.

Le second phénomène, c'est celui du Soleil qui se couche. Alors le Soleil couchant. Je vais faire un gros morceau de Terre ici et je vais faire l'atmosphère là et le Soleil qui est en train de descendre à l'horizon, qui est ici. Et on comprend bien que si nous on est là en train de le regarder sur une falaise, le trajet du Soleil va traverser une couche beaucoup plus longue que juste ici, de l'atmosphère, puisqu'il est rasant. Et donc il y a élimination de pratiquement toutes les autres radiations qui sont diffusées, etc. et donc filtrées, et il va rester que le rouge. La radiation rouge, le Soleil nous apparaît rouge vif. Donc le phénomène du ciel bleu et le phénomène du Soleil rouge en se couchant, on peut le comprendre par la diffusion, grâce à des particules, des molécules, des gouttes d'eau ou des poussières qui sont dans l'atmosphère.

Une autre question, elle est plus complexe, c'est le rayon vert. Il existe, c'est pas de la blague le rayon vert. Le rayon vert, on peut dire, c'est assez discuté, que c'est la persistance rétinienne du rouge, qui fait que quand on regarde à côté ou que le Soleil disparaît, il reste la complémentaire du rouge qui est le vert. C'est possible. Mais il y a aussi un autre phénomène un peu plus complexe, c'est que les radiations qui vont être conservées dans ces conditions, en fonction de la nature de l'atmosphère, de la qualité du ciel, du nombre de poussières, des pressions, hautes pressions ou basses pressions, eh bien ça va être surtout, à un moment donné, très très court, une radiation verte. Et cette radiation verte, souvent, pour ceux qui ont eu la chance de voir le rayon vert à l'horizon, au moment où le Soleil se couche, on voit apparaître une sorte de petite calotte, comme une calotte polaire verte. C'est ce qu'on appelle le rayon vert. Mais c'est pas toujours visible, en tout cas ça fait beaucoup la publicité des syndicats d'initiative ou du tourisme des grandes stations balnéaires. Il faut dire que les gens applaudissent même quand ils voient le rayon vert.

Le plus important, c'est pourquoi le ciel est bleu, et pourquoi le ciel est rouge au coucher du Soleil. Je pense que ceci l'explique assez bien et ce sont des phénomènes physiques que l'on peut comprendre grâce à la longueur d'onde et à la progra... – à la propagation des photons et des ondes dans le champ électromagnétique, c'est-à-dire les radiations électromagnétiques dues à Maxwell.

Réalisation : Roland Cros

Production : Universcience

Année de production : 2009

Durée : 6min32

Accessibilité : sous-titres français