La couleur du ciel vient de la manière dont les rayons du soleil sont transmis par l'atmosphère terrestre. Théoriquement, le ciel devrait être noir puisque la lumière est invisible !!

L'air contient environ 78% de molécules d’azote et 21% de molécules d’oxygène.

Les molécules de l’air sont beaucoup plus petites que les longueurs d’onde de la lumière du soleil. C'est pourquoi les rayons du soleil sont diffusés par ces molécules. Cela veut dire qu'ils vont en fait "s'éparpiller" dans toutes les directions.

Mais, si tous les rayons sont diffusés, ils ne le sont pas tous de la même façon : ils sont d'autant plus diffusés que leur longueur d'onde est courte :

Les lois de Rayleigh nous apprennent que les particules diffusent les ondes dont la longueur est plus petite que la taille de ces mêmes particules. L'intensité de la couleur diffusée est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de sa longueur d'onde. Or les molécules de l'atmosphère : oxygène, azote et poussières sont d'une taille proche de les longueurs d'ondes lumineuses. Les photons transportant le bleu sont fortement diffusés par l'atmosphère alors que le rouge ne l'est pas.

Intensité de diffusion du bleu : Ib = 1/(446 * 10-9)4 = 2.52*1025

Intensité de diffusion du rouge : Ir = 1/(750 * 10-9)4 = 3.16*1024

Le rapport des deux : Ib/Ir = 8

Donc la couleur bleu est 8 fois plus diffusée que le rouge.

Traduction : les rayons bleus sont plus diffusés que les rayons verts et beaucoup plus diffusés que les rayons jaunes. Les rayons violets sont en fait encore plus diffusés que les rayons bleus (car leur longueur d'onde est encore plus courte). Alors, pourquoi ne voyons-nous pas un ciel violet ? Cela ne tient plus du tout à ce qu'on regarde, mais à QUI regarde : l’œil humain est beaucoup plus sensible au bleu qu'au violet.

Notre œil perçoit donc essentiellement la couleur bleue du ciel. Voilà pourquoi vous voyez un ciel bleu !

Le bleu du ciel est le résultat de la diffusion de la lumière solaire par les composants de l’atmosphère.



Quand un rayon de soleil rencontre une molécule de l’air, il lui donne un peu de chaleur (absorption du photon par la molécule).



En se réchauffant, la molécule se met à vibrer (elle est "excitée") et elle finit par se désexciter en ré-emettant de la lumière à des longueurs d’onde (couleurs) précises et dans des direction précises. La lumière bleue est diffusée isotropiquement (de manière égale dans toutes les directions) tandis que la lumière rouge est retransmise dans la même direction que la lumière incidente. Ainsi le soleil parait Jaune à midi car c’est à cette heure là que la couche d’atmosphère que la lumière traverse est la plus mince et rouge le soir quand l’épaisseur d’atmosphère traversée est la plus importante.