Comprendre facilement pourquoi le ciel est rouge!

Comprendre facilement pourquoi le ciel est rouge!

Pourquoi le ciel est rouge?

Pourquoi le ciel est rouge? D’où viennent ces magnifiques couleurs d’un coucher de soleil ? Telle est la question que je me suis posée récemment en regardant le soleil décliner derrière les montagnes. D’ailleurs c’est le même phénomène qui explique la beauté des levers de soleil ! Mais il est bien différent de celui qui est à l’origine des aurores boréales! Viens donc découvrir les secrets de ces jolies couleurs en vidéo ou en texte, à ta convenance !

Pourquoi le ciel est rouge lorsque le soleil se couche ?

Pourquoi le ciel s’embrase lorsque le soleil se couche ? Et bien on va commencer par le début ! Le soleil émet une lumière blanche. Qu’est-ce qu’une lumière blanche ? Cela veut dire que le soleil envoie des photons (c’est-à-dire des particules de lumière) de toutes les couleurs : rouge, bleu, vert, jaune, etc. Et l’ensemble de ces couleurs nous apparaît comme étant une lumière blanche.

Ces photons se déplacent dans l’air en faisant des petites vagues, que l’on appelle des ondes. La longueur de ces ondes va déterminer la couleur du photon. Le photon bleu va faire des petites vagues très rapides et le photon rouge va faire des vagues beaucoup plus longues.

Une histoire de diffusion de la lumière…

Quand un photon arrive dans l’atmosphère qui entoure la terre il va interagir avec les gaz qui sont présents dans cette atmosphère, en particulier le diazote et le dioxygène. En fait le photon va arriver sur une molécule de gaz et celle-ci va renvoyer le photon. On dit que le gaz diffuse la lumière. Les photons vont ainsi partir dans toutes les directions. C’est pour cette raison que l’on voit un ciel qui a une certaine couleur. Si l’atmosphère ne diffusait pas la lumière du soleil, le ciel nous apparaîtrait complètement noir.

En fait on peut comparer le soleil à une lampe torche. Quand on regarde dans la direction de la lampe torche elle nous apparaît comme une boule de lumière blanche (ou jaune selon le type de lampe torche) mais si on regarde à côté de la lampe torche tout est noir (si on est dans une salle obscure bien évidemment). Ce serait exactement la même chose avec le ciel si on n’avait pas cette atmosphère qui renvoie la lumière dans tous les sens.

Cependant, l’atmosphère va renvoyer dans toutes les directions une certaine longueur d’onde. En l’occurrence ce sont les toutes petites vagues qui sont renvoyées dans tous les sens. Les photons avec des longueurs d’onde plus grandes passent tout droit dans l’atmosphère, sans être diffusés par les molécules de gaz. Ces toutes petites vagues correspondent aux photons bleus. C’est pour ça que le ciel nous apparaît bleu durant la journée[1][2].

Pourquoi le ciel est rouge?
Si nous voyons le ciel bleu, c’est grâce à la diffusion de la lumière par l’atmosphère

…et d’épaisseur de l’atmosphère

Quand vient le soir, la lumière du soleil doit traverser une atmosphère qui est bien plus épaisse. En effet, la lumière nous arrive de l’horizon et non plus du zénith ! Le fait qu’il y ait plus d’atmosphère à traverser va permettre à plus de lumière d’être diffusée. Au début ça va être les photons avec une petite longueur d’onde qui vont être diffusés donc toute la lumière bleue comme dans la journée. Sauf que maintenant, la lumière bleue est trop loin pour qu’on puisse la voir. Et puis, plus la lumière va s’enfoncer dans l’atmosphère et plus les photons de grande longueur d’onde vont être diffusés. Pour finir, c’est la lumière rouge qui va être diffusée lorsqu’elle arrivera au niveau de notre œil.

Si je représente ça avec un petit schéma, ça donne quelque chose dans ce genre :

Pourquoi le ciel est rouge : l'épaisseur de l'atmosphère
La lumière du soleil traverse une couche plus d’épaisse d’atmosphère lors de son lever ou coucher que lorsqu’il est haut dans le ciel

A midi, lorsque le soleil est au plus haut dans le ciel, il y a très peu d’atmosphère à traverser. Seule la lumière bleue est renvoyée dans tous les sens. Les autres couleurs nous arrivent directement du soleil. D’ailleurs si notre astre nous apparaît jaune c’est tout simplement parce qu’il envoie une lumière blanche, c’est-à-dire, un mélange de toutes les couleurs, comme je le disais précédemment. Sauf que de ce blanc, le phénomène de diffusion enlève le bleu. Lorsqu’on soustrait la lumière bleue à la lumière blanche, la lumière nous semble jaune…rigolo, non ?  

Au coucher du soleil, il y a bien plus de lumière qui sont diffusées. Et la dernière à être diffusée est celle qui nous atteint, c’est la lumière rouge orange. C’est pour ça que le ciel devient rouge orange au lever ou au coucher du soleil tout simplement parce que la lumière traverse une épaisseur d’atmosphère qui est bien plus importante[3].

Pourquoi le ciel est rouge : la diffusion
Plus la lumière va traverser une couche épaisse d’atmosphère et plus la lumière visible sera proche du rouge

Le ciel est-il rouge sur les autres planètes ?

Lorsque l’on s’intéresse à des planètes qui n’ont pas d’atmosphère, le ciel y apparait noir. En parallèle, il y a d’autres planètes, comme mars par exemple, qui ont bien une atmosphère comme la terre mais cette atmosphère n’est pas formée des mêmes gaz. Par exemple, sur Mars, il y a bien plus de CO2 (dioxyde de carbone) et de particules que sur terre. De ce fait, le ciel martien n’apparaît pas bleu mais un petit peu rose orange, comme on peut le voir ici. C’est tout simplement parce que les particules qui se trouvent dans l’atmosphère ne sont pas celles qui se trouve dans l’atmosphère terrestre. Il y a donc diffusion qui est différente de la lumière[4].

Voilà j’espère avoir répondu à ta question en tout cas si tu as d’autres questions n’hésite pas à les mettre dans les commentaires je me ferai un plaisir d’y répondre !

Alors, dis-moi, tu penseras à moi la prochaine fois que tu verras un ciel rouge ?

Bibliographie pour comprendre pourquoi le ciel est rouge

[1]         J. W. Strutt, « XV. On the light from the sky, its polarization and colour », Lond. Edinb. Dublin Philos. Mag. J. Sci., vol. 41, no 271, p. 107‑120, févr. 1871, doi: 10.1080/14786447108640452.

[2]         Lord Rayleigh, « XXXIV. On the transmission of light through an atmosphere containing small particles in suspension, and on the origin of the blue of the sky », Lond. Edinb. Dublin Philos. Mag. J. Sci., vol. 47, no 287, p. 375‑384, avr. 1899, doi: 10.1080/14786449908621276.

[3]         C. Risi, V. Journé, J.-L. Dufresne, J.-Y. Grandpeix, P. Dubuisson, et M. Turbet, « Les couleurs du ciel », La Météorologie, no 98, p. 22, 2017, doi: 10.4267/2042/62456.

[4]         N. Thomas et al., « The color of the Martian sky and its influence on the illumination of the Martian surface », J. Geophys. Res. Planets, vol. 104, no E4, p. 8795‑8808, 1999, doi: 10.1029/98JE02556.

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16 réponses

  1. Merci pour les explications ça me fait penser à une émissions de c’est pas Sorcier quand jnetais petite. Pour illustrer son propos, il avait fait passer un rayon de lumière à travers du lait… Mais j’me souviens plus pourquoi c’était ? Tu peux peut etre m’éclairer ?

    • Oui, effectivement, on peut utiliser du lait pour reproduire cet effet (d’ailleurs, la première référence que j’ai mise en bas de l’article est une présentation d’expériences, dont celle avec du lait). En fait, la lumière est diffusée par différents éléments. Dans le ciel, elle va être diffusée par les molécules de gaz, les poussières, les particules qui se trouvent dans l’atmosphère. Mais l’atmosphère est si épaisse qu’il est bien compliqué de reproduire l’expérience de diffusion de la lumière blanche chez nous avec ces mêmes conditions. On utilise donc un subterfuge : l’air ambiant est remplacé par de l’eau et les poussières/particules, sont remplacées par le lait. Les molécules de lait, si elles sont en petite quantité, vont diffuser la lumière bleue dans l’eau comme le font les particules dans l’atmosphère. As-tu tenté l’expérience?

  2. Tu viens de répondre à une question que je me suis toujours posé et dont je n’avais jamais cherché la réponse ! Merci beaucoup !

  3. GIRAULT ANAÏS dit :

    On dit que quand le ciel est vraiment très rouge le soir, la pluie est en chemin!

    Est-ce que c’est vrai? Et si oui, pourquoi?

    Mélusine, 9 ans

    • Le proverbe exacte, tout du moins en France, est « Ciel rouge le soir laisse bon espoir. Ciel rouge le matin, pluie en chemin. » C’est donc plutôt un ciel rouge le matin qui annonce la pluie. Pourquoi? Tout simplement parce que la présence de nuage augmente la diffusion de la lumière. Et plus les nuages sont gros, plus la diffusion est importante, ne laissant apparaitre que le rouge. Cela veut donc bien dire qu’il y a de gros nuages qui sont à l’est ou à l’ouest de l’observateur (selon qu’il regarde un lever ou un coucher de soleil). De manière générale, en France, les perturbations circulent d’ouest en est. C’est donc un ciel rouge le matin qui annonce la pluie. Voilà, Mélusine, j’espère avoir répondu à ta question!

  4. Oui, et ça donne envie d’aller sur Mars voir ce qu’y donne un coucher de soleil. Maintenant je comprends mieux ces teintes sur les clichés de la NASA…ils m’avaient toujours surpris. Merci pour ce partage et bravo pour la didactique, tout est superbement bien expliqué.

    • Effectivement, ce serait sympas d’aller faire un tour sur mars pour pouvoir vérifier tout ça de nos propres yeux! En attendant, les clichés de la NASA nous font rêver! Mais je crois que je préfère un ciel rouge terrestre au ciel rose/orange de mars!

  5. Dieter dit :

    Bonjour Claire,
    merci pour tes explications sur la couleur du ciel au lever et au coucher du soleil qui sont claires et précises comme toujours.
    Je ne suis pas physicien, mais je me souviens qu’à un moment donné on parlait d’une double nature de la lumière (ondes et particules) et qu’une autre explication possible du ciel que l’on voit en rouge était une réfraction de la lumière à cause de l’angle oblique de son arrivée (comme à la sortie d’un prisme).
    Les deux explications sont probablement complémentaires, même si j’ai encore du mal à faire le lien.
    Mais voici la vraie question qui m’intrigue.
    En médecine du sommeil, on postule (et j’ai déjà vu des simulations convaincantes) que le matin, avant l’arrivée de l’aube rouge, le ciel commence à s’éclairer d’une couleur à l’autre bout du spectre, c’est-à-dire un peu bleutée, ce qui peut être perçu comme un éclairage plutôt froid.
    Cela correspondrait à la « lumière bleue” (blue light) qui bloque la sécrétion de mélatoline au niveau de la glande pinéale et favoriserait une réaction d’éveil de notre organisme en fin de nuit.
    Y aurait-il une explication à l’apparition d’une telle lumière de haute fréquence (blue light) avant l’arrivée de la lumière rouge dans le ciel le matin ?
    J’espère que ma question n’est pas trop confuse et que tu pourras m’aider à mieux comprendre ces choses.

    • Bonjour Dieter,
      Effectivement, la lumière bleue joue un rôle essentiel dans notre vie! J’en avais d’ailleurs fait une vidéo si ça t’intéresse : https://www.youtube.com/watch?v=77ba_f1IOE8
      Je n’ai trouvé aucune étude mentionnant que la lumière bleue est visible avant la lumière rouge du matin. Et je ne vois pas pourquoi cela serait le cas. Si tu retrouves les études, je veux bien que tu me les indiques, je suis curieuse de découvrir ça!

  6. Oui, j penserai à toi la prochaine fois que je verrai un ciel rouge 🙂 Merci beaucoup pour ces explications très complètes comme d’habitude !

  7. Sandra dit :

    J’adore les couchers de soleil, le ciel rouge, je ne pouvais pas résister au plaisir de lire ton article. Des explications, mais pas trop, juste la bonne quantité pour moi. Merci!

  8. jouvenon dit :

    merci de ces supers explications ! en tout cas, je penserai à toi au prochain coucher de soleil ! Et la nature est merveilleuse pour inviter des couleurs incroyables !

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