Pourquoi le ciel est-il bleu et non violet ? Le violet se diffuse encore plus.

Le Soleil émet moins de violet que de bleu, et l’œil est moins sensible au violet. Le signal total, pondéré par le spectre solaire et par la courbe de sensibilité, a son maximum dans le bleu.

Pourquoi, près de l’horizon, le ciel est-il parfois blanchâtre ?

Rayleigh décrit une atmosphère claire, faite de molécules. Le blanc vient de particules plus grosses — gouttes, poussières, aérosols : la diffusion de Mie dépend moins de λ et délave le bleu. Dans ce modèle, il n’y a pas de Mie.

Pourquoi, au coucher du Soleil, le Soleil lui-même est-il rouge ?

Le rayon traverse une grande épaisseur d’air. Les ondes courtes se diffusent sur les côtés en chemin ; jusqu’à l’œil arrive une lumière directe appauvrie en bleu — rouge et orange. Le gradient du schéma, c’est précisément la longueur du trajet.

D’où vient l’exposant −4 ?

De l’émission d’un dipôle : le champ de l’onde lumineuse agite une petite particule ; la puissance rayonnée croît comme ω⁴, c’est-à-dire comme 1/λ⁴. C’est la limite des particules beaucoup plus petites que λ, pas un ajustement arbitraire.

Diffusion de Rayleigh (ciel bleu)

Intensité de diffusion ∝ λ⁻⁴ ; comparaison du bleu et du rouge, et gradient qualitatif du ciel.

À propos du modèle

La diffusion de Rayleigh sur les molécules de l’air explique le bleu du ciel diurne et le rouge du coucher du Soleil. Pour des particules beaucoup plus petites que la longueur d’onde, l’intensité diffusée vaut I ∝ λ⁻⁴ : le bleu se diffuse nettement plus que le rouge. À la verticale, l’œil reçoit de la lumière diffusée latéralement — plus bleue ; près de l’horizon, la lumière solaire directe parcourt un long chemin, les ondes courtes partent sur les côtés et le disque du Soleil rougit. L’atmosphère est ici une couche homogène de petits diffuseurs ; la diffusion de Mie sur les gouttes et les aérosols n’est pas prise en compte. On fait varier la longueur d’onde de référence : on voit le rapport des intensités et un gradient qualitatif.

Public : Lycée et L1 : diffusion de la lumière, couleur du ciel.

Notions clés

diffusion de Rayleigh
longueur d’onde
loi en λ⁻⁴
optique atmosphérique
intensité de diffusion
épaisseur optique
couleur du ciel
diffusion de Mie

Comment ça marche

On compare deux longueurs d’onde : le rapport des intensités diffusées (λ₀/λ)⁴. La composante de courte longueur d’onde part davantage sur les côtés — d’où le ciel bleu. Au coucher du Soleil, le long trajet « nettoie » davantage le bleu du rayon direct. Pour les gros aérosols, il faut la théorie de Mie ; ici, seule la dépendance en λ.

Questions fréquentes

Pourquoi le ciel est-il bleu et non violet ? Le violet se diffuse encore plus.: Le Soleil émet moins de violet que de bleu, et l’œil est moins sensible au violet. Le signal total, pondéré par le spectre solaire et par la courbe de sensibilité, a son maximum dans le bleu.
Pourquoi, près de l’horizon, le ciel est-il parfois blanchâtre ?: Rayleigh décrit une atmosphère claire, faite de molécules. Le blanc vient de particules plus grosses — gouttes, poussières, aérosols : la diffusion de Mie dépend moins de λ et délave le bleu. Dans ce modèle, il n’y a pas de Mie.
Pourquoi, au coucher du Soleil, le Soleil lui-même est-il rouge ?: Le rayon traverse une grande épaisseur d’air. Les ondes courtes se diffusent sur les côtés en chemin ; jusqu’à l’œil arrive une lumière directe appauvrie en bleu — rouge et orange. Le gradient du schéma, c’est précisément la longueur du trajet.
D’où vient l’exposant −4 ?: De l’émission d’un dipôle : le champ de l’onde lumineuse agite une petite particule ; la puissance rayonnée croît comme ω⁴, c’est-à-dire comme 1/λ⁴. C’est la limite des particules beaucoup plus petites que λ, pas un ajustement arbitraire.

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