Physique 23 : Optique
Lumières , ondes et couleurs
Le bleu du ciel

1. Le bleu du ciel sur Terre

Les gaz qui composent l’atmosphère terrestre, c'est à dire l'oxygèn(80%) et l'azote (20%), ont tendance à diffuser la lumière bleu.

Ce phénomène est connu sous le nom de diffusion de Rayleigh. Il intervient lorsque les particules ou molécules concernées sont d'une taille très inférieure à la longueur d'onde de la lumière.

A cause de la diffusion de Rayleigh, la lumière bleue est six fois plus diffusée que la lumière rouge. Une grande partie de la lumière bleue émise par le soleil est donc diffusée par l'atmosphère dans toutes les directions, alors que les autres longueurs d'ondes nous parviennent plus directement, en ayant subi une diffusion moins grande.

La formule de Rayleigh montre que les longueurs d'ondes les plus petites sont les favorisées pour la diffusion:



C'est donc le bleu qui le plus intensément diffusé. Le violet aussi. À cause de sa large gamme de couleur, le bleu l'emporte sur le violet, plus que l’oeil humain est surtout sensible au bleu; ce qui donne au ciel sa couleur bleuté.

Une partie des couleurs des rayons du Soleil qui nous arrivent est soustraite lors de la traversée d l'atmosphère.

Un observateur regardant dans toutes les directions (sauf celle du Soleil) voit donc un ciel bleu.

2. Rappel sur la synthèse additive des couleurs

On rappelle que:

Le bleu et le jaune sont des couleurs complémentaires.

Deux couleurs de lumières sont complémentaires lorsqu'elles donnent une lumière blanche par synthèse additive.

En sythèse soustractive, fitre ou pigments, la superposition de deux couleurs complémentaires donnent du noir.

3. Le soleil au zénith

Lorsque le Soleil est au zénith, c'est le bleu qui est soustrait au rayons du Soleil, on voit donc le jaune.

Si le soleil a une couleur jaune, alors qu'il emet de la lumière blanche, c'est qu'il manque des radiations bleues, qui sont absorbées par l'atmosphère.

4. Au coucher du soleil

Si le soleil est de teinte rouge, alors qu'il emet de la lumière blanche, c'est qu'il manque des radiations bleues et vertes, qui sont absorbées par l'atmosphère.

Lors d’un coucher de Soleil, le Soleil est proche de l’horizon et sa lumière doit traverser une plus grande épaisseur d’atmosphère, la diffusion du bleu est alors accentuée, la lumière provenant directement du Soleil s’appauvrit encore en lumière bleue et verte et prend une teinte rougeâtre.