Pourquoi le ciel est-il bleu ?

La lumière en provenance du Soleil est composée de plusieurs couleurs, chacune possédant une longueur d'onde différente. Lorsqu'elle traverse l'atmosphère, cette lumière entre en collision avec des molécules gazeuses et diverses particules en suspension. Certaines ondes lumineuses sont alors éparpillées dans toutes les directions. Ce phénomène est appelé « diffusion Rayleigh », en l'honneur du mathématicien et physicien anglais John William Strutt Rayleigh (1842-1919).

Les différentes longueurs d'ondes de la lumière ne sont pas affectées de la même manière par ce phénomène. Les longueurs d'ondes plus courtes - comme le bleu (400 nm) - sont plus facilement diffusées que les autres couleurs - comme le jaune (600 nm) ou le rouge (800 nm). Par conséquent, le ciel nous paraît bleu.

On peut également observer le même phénomène dans une salle de cinéma : le faisceau du projecteur apparaît bleu, en raison de la présence de particules de poussières et de fumée qui diffusent les rayons lumineux du projecteur.

Pour être plus précis
Lorsque la lumière tombe sur un milieu inhomogène composé de particules dont la taille est petite par rapport à la longueur d'onde, la lumière est diffusée, cette diffusion étant proportionnelle à la quatrième puissance de l'inverse de la longueur d'onde : c'est la diffusion Rayleigh. Dans le cas du ciel, ce sont les molécules de l'air animées de leur mouvement d'agitation qui sont responsables de cette inhomogénéité. Conformément à la diffusion Rayleigh, le bleu est diffusé environ 16 fois plus que le rouge, puisque sa longueur d'onde est environ 2 fois plus petite que celle du rouge. Voilà pourquoi le ciel est bleu. En revanche, lorsque le soleil est à l'horizon, il apparaît rouge orange, car ne parviennent à l'œil de l'observateur que les grandes longueurs d'onde, les courtes (bleues) ayant été diffusées lors de cette traversée d'atmosphère d'épaisseur plus importante. Même si Rayleigh a établi à la fin du siècle dernier la loi qui gouverne la diffusion qui porte son nom, la théorie complète rendant compte du bleu du ciel est due au physicien indien S. Chandrasekhar. Elle date des années 1950.