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Juillet 2014

Mercredi, juillet 9th, 2014

Pourquoi le ciel est-il bleu ?

 

A nous, les habitants de la Terre, le ciel apparait bleu. Et s’il s’assombrit la nuit, c’est, croyons-nous, parce que le Soleil ne l’éclaire plus. Mais les astronautes savent que, dès que l’on quitte l’atmosphère terrestre et que l’on pénètre dans l’espace interplanétaire*, le ciel devient irrémédiablement noir, qu’il soit ou non éclairé par la lumière solaire. Mieux encore, vue de l’espace, la seule chose qui apparaisse bleue, c’est notre planète…

*Interplanétaire : se dit de la portion d’espace « vide » situé entre les planètes ou les corps du Système solaire.

 

Du rouge au bleu

 

C’est que le bleu du ciel est un effet optique produit par le passage de la lumière du Soleil à travers notre atmosphère, comme si l’on plaçait une gélatine couleur bleue devant un projecteur. En fait, la lumière du Soleil est composée d’une multitude de rayons de différentes couleurs, qui restent « groupés » tant qu’ils n’ont pas atteint l’atmosphère – c’est ce qui lui donne sa couleur blanche. Mais quand cette lumière pénètre l’atmosphère terrestre, son parcours devient plus chaotique, et les différentes couleurs tendent à se dissocier. Pourquoi ? Parce que l’air de l’atmosphère est un milieu plutôt trouve :  les molécules (azote, oxygène…) qui le composent agissent comme des obstacles qui vont perturber chaque rayon d’une manière particulière, selon sa couleur. De toutes les couleurs, ce sont les rayons bleus qui seront le plus fortement déviés. Si l’on se représente les rayons colorés comme des jets de billes de couleur, on peut dire que les molécules de l’atmosphère laissent passer sans trop de perturbations un jet contenant des billes rouges, orange, jaune… mais qu’en revanche les billes bleues se heurtent violemment aux molécules, ce qui les dévie de leur trajectoire et les envoie dans toutes les directions.

Résultat : alors que la plupart des billes de couleur restent relativement unies au sein du jet, les billes bleues se répandent dans toute l’atmosphère, laquelle se teinte de bleu.

Comment se forment les nuages ?

 

Les nuages naissent de la transformation de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère en très fines gouttelettes. Ce mécanisme de condensation nous est familier : quand on met de l’eau à bouillir dans une casserole, elle s’évapore, se mélange à l’air puis vient se redéposer sous la forme d’une pellicule sur les surfaces froides, comme les vitres ou les miroirs.

 

La vapeur s’élève et se refroidit

 

C’est cette dernière transformation, de vapeur en liquide, qu’on appelle condensation*. Or il se trouve que l’air de l’atmosphère contient beaucoup de vapeur d’eau. En effet, en chauffant la surface terrestre, le Soleil provoque l’évaporation d’une grande quantité d’eau. Cette vapeur, qui naît donc au niveau du sol, s’élève vers les hautes couches de l’atmosphère en même temps qu’elle se refroidit. Comme on l’a vu dans l’exemple de l’eau sur la vitre, le refroidissement de la vapeur provoque sa condensation. Autrement dit, à partir d’une certaine altitude, la vapeur est prête à se condenser. Seulement, s’il n’y a pas un support sur lequel elle puisse se déposer – comme la vitre ou le miroir-, la vapeur ne pourra pas se condenser. C’est là qu’entrent en scène les innombrables impuretés que l’atmosphère contient en permanence : poussières, sels d’origine marine, voire bactéries, etc. l’eau s’agrège progressivement autour de ces particules pour former des gouttelettes sphériques, dont le diamètre avoisine le dixième de millimètre. Des millions des ces gouttelettes réparties sur un grand volume composent un nuage.

Concrètement, les nuages peuvent se former entre le niveau du sol et environ 18 km d’altitude. Amis il se peut qu’un nuage d’eau s’élève encore plus haut dans l’atmosphère. La température devient alors si basse que les gouttelettes se transforment à leur tour en cristaux de glace, là encore grâce à l’existence des impuretés atmosphériques.

*Condensation : transformation d’un gaz, par exemple la vapeur d’eau en liquide.

 

 

Pièces à conviction

La question du ciel bleu a d’abord été résolue par des savants n’ayant jamais quitté la Terre, uniquement grâce à des considérations théoriques. Toutefois, l’ultime preuve que c’est bien l’atmosphère qui est teintée de bleu a été fournie par les clichés de la Terre pris depuis l’espace. On observe alors que, comme un néon azuré qui entourerait la Terre, l’atmosphère s’éclaire de bleu sous l’effet des rayons du Soleil. Au-delà d’une certaine altitude, la couleur s’estompe et l’espace redevient noir.

 

 

 

Pièces à convictionA force d’observer et d’étudier les nuages, les météorologues en ont défini 10 catégories principales en fonction de l’altitude. Entre 8 et 18 km d’altitude, on trouve les cirrus, les cirrocumulus et les cirrostratus. Aux altitudes intermédiaires, entre 6 et 8 km d’altitude, apparaissent les altocumulus et les altostratus. Entre le sol et 6 km d’altitude se forment les stratocumulus et les stratus. Enfin, certains nuages s’étendent sur deux, voire trois « étages » : ce sont les nimbostratus, les cumulus et les cumulonimbus.