Pourquoi un coucher de soleil est rouge ? (ou « pourquoi le ciel est bleu ? », c’est la même chose)

Question assez classique, et pourtant elle n’avait jamais été traitée sur CG. Et ça faisait un sacré moment que je l’avais mise dans ma boite à sujet.

Le soleil au zénith est jaune pour les mêmes raisons qu’il est rouge au lever et au coucher, et pour les mêmes raisons que le ciel est bleu lors des belles journées.

La couleur du ciel dépend, du point de vue de l’observateur, de deux paramètres : quelle partie du ciel nous regardons (directement le soleil ou un autre point du ciel ?) et où se trouve le soleil par rapport à l’horizon. Mais avant de se lancer à corps perdu dans les explications, une brève mise à plat des choses s’impose.

Le soleil émet de la lumière, à savoir des ondes. Celles-ci peuvent avoir différentes longueurs d’onde, ce qui se traduit pour nous par une couleur. La lumière visible par l’œil humain va du rouge (grande longueur d’onde pour notre œil) au violet (courte longueur d’onde). À noter que le bleu se trouve juste avant le violet et le jaune pas loin derrière le rouge.

Le soleil nous envoie ainsi en continu des ondes dont certaines rebondissent à la surface de l’atmosphère, et d’autres la pénètre. L’atmosphère est composée d’une multitude de particules qui vont absorber puis renvoyer certaines ondes. En gros, plus la longueur d’onde est courte, plus ces particules seront susceptibles d’absorber ces ondes pour les éparpiller, les diffuser dans tous les sens. C’est ce que l’on appelle la diffusion Rayleigh. Pour mettre ça en image, je vous ai fait un beau schéma.

Ainsi, quand le soleil est haut dans le ciel et que nous le regardons directement (attention, pas trop longtemps !), lui et la couronne qui l’entoure nous apparaissent jaune car il s’agit d’une longueur d’onde assez grande qui n’a pas eu le temps d’être absorbée et diffusée par l’atmosphère.  Vous me direz « oui, mais le rouge/orange aussi n’a pas eu le temps d’être diffusé ». C’est vrai, mais les ondes jaunes se trouvent en grand nombre et sont majoritaires par rapport aux ondes plus longues comme le rouge et l’orange.

Si on regarde ailleurs dans le ciel, c’est bleu, car là il s’agit des ondes courtes qui ont été captées et éparpillées par les particules de l’atmosphère.

Maintenant, imaginons que vous assistez à un coucher de soleil romantique avec votre rencard. Pour qu’il/elle se rappelle à jamais de ce moment unique, vous allez lui expliquer ce qui suit. Le soleil se trouvant à l’horizon, les ondes arrivant jusqu’à vous doivent traverser une plus grande couche d’atmosphère puisqu’ils ne l’a traversent plus à la perpendiculaire, mais en oblique. Voir le nouveau schéma ci-contre (vous êtes gâtés aujourd’hui).

Donc, l’atmosphère a plus l’occasion de diffuser les ondes, même celles assez longues comme le jaune. Il ne reste que les ondes rouges pour résister à ces assauts de diffusion. D’ailleurs, la luminosité est nettement moins intense : on peut longuement regarder le soleil directement.

Et n’hésitez pas de mettre dans les commentaires si le coup « pourquoi le coucher de soleil est rouge » a marché avec votre rencard…

A propos de l'auteur

Kae

Kae est un petit hibou curieux de (presque) tout et contribue de temps en temps au site www.culture-generale.fr quand son emploi du temps le lui permet. Il a comme principal intérêt des questions liées de près ou de loin à la science mais reste ouvert et intéressé par bien d'autres choses.

Comme tous les hiboux, il n'est pas infaillible, même dans son domaine de prédilection. Il prie donc le lecteur de se montrer indulgent envers ses articles mais sera toujours heureux de voir des commentaires soulignant des erreurs ou apportant des précisions !

28 commentaires

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  • Pour être exact, pour la raison qui est très bien expliquée dans cet article, le ciel est de la couleur des ondes les plus courtes, qui correspondent au violet. Le ciel est donc violet !
    C’est notre oeil qui est beaucoup plus sensible aux couleurs du milieu du spectre visible (le vert), il refait ainsi un équilibrage des couleurs : le ciel nous paraît alors bleu.

  • Haha ! Et pour l’océan qui est bleu… C’est donc le ciel qui se réflète dedans, où ça n’a rien à voir ?

    Sinon… qu’en est-il des rayons vert ? (oui, ils existent vraiment). Est-ce un mirage ?

  • Alors, je réponds brièvement.
    @Neil : j’avais écris un article sur la sensibilité de l’œil aux couleurs : http://www.culture-generale.fr/divers/3212-pourquoi-les-chirurgiens-ont-des-blouses-vertes-ou-bleues
    Ce qui m’étonne, c’est qu’il s’agit de sensibilité au niveau d’intensité, mais c’est tout. Le violet, on le voit violet et non bleu. De plus comme je l’écris dans cet article, nous disposons de cônes pour le rouge, le vert et le bleu, donc l’explication « on voit le violet en bleu car notre œil est plus sensible au vert », ça ne tient pas trop la route pour moi.

    @Néerlandais aéromobile : Pourquoi l’océan en bleu ? Ch’ais pas. Le coup du ciel qui se reflète dedans, j’y crois pas. Et c’est quoi les rayons verts dont tu parles ? S’il s’agit d’aurores polaires, ça vient de l’excitation des particules dans l’atmosphère (et même dans une couche bien particulière, mais je ne me rappelle plus laquelle) par de puissants vents solaires.

  • Non, en effet l’eau absorbe le rouge et le jaune et renvoie donc une majorité de rayonnement bleu.

    Une simple preuve que l’eau bleue n’est pas le reflet du ciel est la couleur des lacs d’eau souterrain : bleu. Et pourtant il n’y a pas de ciel.

    Et dans l’eau de la mer rouge alors ? l’eau est simplement simplement rouge a cause de la présence d’une algue.

    En revanche l’eau de la mer noire est bleue, pour le coup c’est les turcs qui embrouillent tout le monde, elle s’appelle noire uniquement car elle se situe au nord de la Turquie, les turc donne des codes couleurs aux points cardinaux. Une autre explication serait la teneur en hydrogène sulfuré présent en grande profondeur, ce qui aurait un effet assombrissant…

    Et la mer jaune ? Eh non, son nom ne vient pas du fait qu’elle baigne le rivage chinois ! mais car le fleuve jaune se jette dans celle ci, et qu’il y apporte de grandes quantités de sédiments…jaunes

    Pour la mer blanche, je ne sais pas :p je dirais qu’elle est recouverte de glace… 🙂

  • @Kae
    Le ciel est bien violet car comme l’explique l’article http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_du_ciel, l’intensité de la lumière diffusée dépend de l’inverse de la longueur d’onde puissance 4, donc le violet supplante largement le bleu.
    Il s’agit en effet d’un problème d’intensité : la lumière diffusée est un mélange de couleurs, mais le violet a une intensité nettement plus forte, donc le ciel est violet, mais l’oeil est beaucoup plus sensible à des couleurs plus proches du centre du spectre et donc la combinaison de l’intensité que l’oeil capte avec les intensités des couleurs de la diffusion fait qu’on voit bleu.
    Après, un objet violet, n’est que d’une couleur, donc on le voit violet, mais si on mélange un éclairage violet avec un éclairage d’une couleur plus proche du centre du spectre de même intensité, on ne verra pas la couleur qui est pile le mélange des deux, mais une couleur plus proche de la couleur au centre du spectre.

  • @Pierre : réponse très complète, bravo !

    @Neil : c’est super intéressant, merci ! Alors en effet, l’œil humain n’est pas vraiment sensible au violet, qui nous parait moins intense que le bleu. Par contre, j’ai du mal à trouver des sources démontrant que le soleil émet plus de violet que de bleu. Je trouve des sources qui se contredisent, mais je tombe tout de même sur certaines montrant par la loi des corps noirs qu’il y a plus de violet (et d’ultra-violet) qu’autre chose. Encore une fois, merci pour ce commentaire… éclairant ! 🙂

    @Loic : Les nuages, c’est de l’eau. Des gouttelettes en sustentations dans l’air. Il s’agit dont de particules bien plus grosses que celles que l’on trouve dans les couches supérieures de l’atmosphère. Le diffusion de Rayleigh n’est alors plus possible, et c’est ici la diffusion de Mie qui rentre en jeu, n’accordant pratiquement pas d’importance à la longueur d’onde pour la diffusion. Ainsi, c’est toute la lumière visible qui est diffusé par ces gouttelettes d’eau, et le mélange de toutes les couleurs visibles (sous forme lumineuses), ça donne du blanc.
    Lorsque les nuages sont épais et très chargé en eau, ils capturent la lumière et n’en diffuse que peu. Elle ne s’échappe pas beaucoup, d’où la couleur gris/noire des nuages menaçant de te saucer.

  • Moi qui voulait en parler parcqu’un site de culture générale sans cet article, ça faisait un peu vide… Je suis bien content que tu t’y soit collé, il est nickel ! Mention spéciale aux dessins, c’est toi qui les a fait 😛 ?

  • Et le rayon vert…il s’agit d’une tache verte présente au dessus du soleil lors de sont lever et coucher^dans des circonstances particulière et parfois observable. Il ne s’agit pas d’une illusion la preuve on peut le photographier
    Pour être breve il est aussi du a la difusion, qui fait que le soleil est rouge lors de sont couché. D’après wikipédia, il reste les ondes du rouge au vert mais a cause de la loi de réfraction de Décartes les ondes jaunes, et vertes sont réfractés derrières les rouges se qui les rends invisibles Sauf lors des dernier instants ou le soleil redevient jaune limite blanc et ou les rayons vert peuvent aparaitre: c’est le rayon vert.
    Voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_vert
    pour un complément d’information

  • Je n’ai pas lu toutes les réponses en détail, mais couleur bleue et non violette du ciel vient aussi du fait que le soleil émet beaucoup plus intensément dans les longueurs d’onde « bleues » que violettes.

    Comme l’a expliqué Neil il me semble, on perçoit la moyenne des couleurs. Le ciel est donc bleu, et non violet, parce que d’une part notre oeil est plus sensible au bleu qu’au violet, et d’autre part parce que l’intensité de la lumière bleue émise par le soleil est plus importante que la lumière violette (en gros).

    Merci pour l’article, c’est intéressant ce genre de choses.

  • je suis photographe et je recherche des coucher de soleil rouge pour leur beauté
    et les reflets dans les lacs. J’ai bien lu vos articles ci-dessus mais cela ne résoud
    pas mon problème : comment puis-je savoir que ce soir, par exemple, le
    coucher de soleil a plus de chances de rougeoyer ? Je sais que le ciel « grand
    bleu » n’entrainera pas un beau couchant, alors ? Merci de m’aiguiller.

  • Bonjour Monique,
    Plusieurs facteurs interviennent. Tout d’abord, il faut absolument éviter la diffusion de Mie. Cette diffusion intervient quand la lumière passe par des couches d’air riche en en « grosses » molécules (>1/10 de la longueur d’onde). cela peut être des cristaux de glace qui donne une couleur gris clair a certain voiles nuageux (si le nuage n’est pas opaque). Cela peut aussi être des aérosols, fumées, gaz lourds et autres pollutions qui donnent cette impression de cloche grise au dessus des villes en été.
    La diffusion de Rayleigh qui donne cette couleur rouge est due au fine particule qui constitue le gaz. O², CO², N² mais aussi vapeur d’eau. Une haute pression atmosphérique sur le parcourt de la lumière augmente la densité du gaz traversé et donc le décalage. Un air riche en vapeur d’eau donne un effet accru car le décalage en fréquence est plus grand (Les molécules d’eau étant plus grosses). C’est pour cela que le couché du soleil est plus rouge au bord de la mer que dans le désert (pour ceux qui y ont été). Attention cependant car un air saturé en humidité va entrainer des brumes.
    Pour résumer, il faut qu’a l’ouest (à l’est pour un levé de soleil), il y ai un air pur haute pression avec un peux d’humidité. Là ou tu es, Il est sympa d’avoir un peu de diffusion de mie (par un fin voilage ou une légère pollution) pour propager la lumière rouge tout autour de toi (sinon elle reste à l’horizon prés du soleil).

  • Bonjour
    Une question, si les longueurs d’onde du violet au jaune sont diffusées dans l’atmosphère (le sont-elle totalement ?), comment peut-on obtenir un arc en ciel avec toute les couleurs du spectre visible présentes ?
    Sachant que certaines longueurs d’ondes sont plus ou moins diffusées, ne devrait-il pas y avoir, dans un arc en ciel, des couleurs d’intensité lumineuse plus importante ?

    Merci ! Et super sujet, je m’en sert pour faire un peu de culture générale à mes élèves, ça va leur plaire !

    Damien

  • Bonsoir Damien,

    Bonne question. Intuitivement, je dirais que les ondes de lumière parcourant la distance séparant l’arc-en-ciel de l’œil (disons, allez, quelques centaines de mètres) n’ont pas le temps d’être absorbées, contrairement aux ondes pénétrant et traversant toute la couche d’ozone. Ça suit la même logique que la lumière rougeâtre lors du couché de soleil.

    Par curiosité, quel âge et pour quel type de cours, tes élèves ?

  • Oui mais la lumière blanche qui crée l’arc-en-ciel vient du soleil, donc elle a déjà parcourue une bonne distance dans l’atmosphère avant d’arriver sur les gouttes de pluie pour créer l’arc-en-ciel. Le bleu devrait être diffusé…
    A moins que la lumière bleue n’arrive quand même sur Terre, mais avec une intensité lumineuse bien moindre alors. Ce qui devrait se noter dans l’arc-en-ciel (violets et bleus moins lumineux).

    Je suis prof de physique au collège. Donc de la 5ème à la 4ème. En 4ème on voit la lumière : lumière blanche, lumière colorées, lumières diffusées, couleur propre et apparente des objets. La couleur du ciel et du soleil et donc, je trouve, un exemple ludique qui trouve sa place dans ce qu’ils appellent si bien les « thèmes de convergences ». Il y a des notions qu’ils n’ont pas vu (même en troisième) comme les longueurs d’ondes par exemple mais je vulgarise un peu plus un sujet qui a déjà fait l’objet d’une première vulgarisation, histoire qu’ils comprennent « l’idée », « comment ça marche ». Je leur épargne les équations =)
    Certains élèves sont très éveillés et demandeurs, alors pourquoi pas ? Libre à eux d’approfondir plus tard et d’aller voir – quand ils auront un peu plus de bagage – ce qu’est la diffusion de Rayleigh (je ne le sais pas moi même).

  • La lumière bleue arrive forcément sur Terre, sinon nous ne verrions pas le ciel… bleu !

    Après avoir regardé des images d’arc-en-ciel, force est de constater que non, tout le spectre visible n’y est pas présent de la même manière. Par exemple, y’a à peine de… bleu. Et les couleurs rouge, jaune et verte sont clairement dominantes. Cf. http://www.bubblews.com/assets/images/news/1349620332_1363522103.jpg

    Et une (trop ?) légère explication ici : http://www.atoptics.co.uk/rainbows/primcol.htm

    La diffusion du bleu dans l’atmosphère n’explique pas le manque de bleu dans un arc-en-ciel : le violet est encore plus diffusé que le bleu, pourtant il est bien plus présent dans ce phénomène optique.

    Alors quoi ? Comme l’explique le site en anglais, un arc-en-ciel n’est pas une succession de bandes de couleur mais plutôt une superposition de disque de couleurs. Les couleurs se chevauchant les unes les autres, ce ne sont pas des bandes de couleurs « pures » arrivant jusqu’à notre œil, mais une bouillasse de couleurs.

    C’est super de titiller les élèves curieux ! C’est ce que j’essaye aussi de faire à l’université (j’enseigne en informatique), et ce que nous scientifiques et plus largement enseignants, nous devrions faire à tous niveau d’étude.

  • Merci !
    Je vais me renseigner un peu plus dans les semaines à venir et si je trouve quelque chose, je publierai un commentaire.
    J’avais déjà prévu de faire un autre cours sur l’arc-en-ciel (c’est des cours optionnels d’ailleurs, que je distribue sous forme de photocopie à ceux qui veulent) .

  • Bonjour
    Je vais essayer de donner ma vision
    Tout d’abord Damien, non les longueurs d’ondes du jaune au violet ne sont pas entièrement diffusées sinon soit le soleil serait au mieux rouge, au pire invisible (ce qui arrive trop souvent dans nos contrés)
    Ensuite Les arc en ciel n’ont pas toujours toutes les couleurs du spectre visible présentes. Elles ne sont parfois pas assez intenses pour être visible. En soirée on peut en voir qui n’ont que du rouge et du jaune.
    Il n’y a pas de miracle, si la longueur d’onde n’est pas dans le spectre de la lumière qui rentre dans les gouttes d’eau elle ne sera pas la à la sortie.
    La réalité est que l’intensité des différentes longueurs d’ondes est très variable. Sur cette image
    http://www.ac-grenoble.fr/comptesimbriques/disciplines/sti-indus/s-si/ressources/dr_conversion_photovoltaique/export/medias/299.jpg
    chaque courbe corresponds a relevé du spectre solaire a différentes heures de la journée (6h 7h 8h 9h 10h et midi solaire) On remarque sur la courbe 6h que le soleil levant est rouge. L’intensité des différentes couleurs va être différente en fonction de l’heure de la journée.
    Une forte humidité (ce qui arrive parfois avec les arc en ciel) certes diffuse le bleu mais a tendance a absorber le rouge et une forte pollution atmospherique peut aussi absorber partiellement certaine partie du spectre. Tout ceci peut changer l’aspect visuel. C’est pour ca que certains arcs en ciel sont moins jolis que d’autres.
    Pour les photos d’arc en ciel, déjà les capteurs d’appareil photo ont une sensibilité au couleur qui leur est propre, la photo est ensuite visualisé sur un écran RGB qui a son propre mélange jamais parfait et qui n’est pas toujours bien calibré. J’ai deux écran devant moi et sur l’un je voit plus de vert que de bleu et sur l’autre plus de bleu que de vert dans la photo fournit par kae. Tout ceci est couplé avec le fait que l’on voit les couleurs avec trois types de cônes et qu’entre le bleu et le vert il y a une zone de faible sensibilité.
    L’explication de kae est bien pour expliquer l’aspect des bandes extérieures. L’arc en ciel ne viens pas d’une seule goute d’eau. Dans une zone de l’arc en ciel on a donc aussi un mélange venant d’autres incidences dans d’autres goutes d’eau. Les bandes externes de l’arc (violet et rouge) sont donc moins mélangées est apparaissent plus grosses qu’elles ne devraient l’être.

  • Super commentaire ! Merci.
    Je me permets de rajouter une question : si l’atmosphère diffuse très bien le bleu (et le violet) et que tout ça arrive jusqu’à nous, pourquoi « l’air » est-il transparent autour de nous ? Et pas bleu ? C’est un phénomène qui se limite à la haute atmosphère ? (autres atomes ?)

  • Non ça ne se limite pas à la haute atmosphère, cependant la diffusion de Rayleigh est très faible. Ça marche pour les rayons du soleil car ils sont très intense et traverse une grande masse d’air. Par contre entre deux objets terrestres la diffusion de mie est beaucoup plus importante et les objets vont disparaitre dans une brume quand ils sont loin. Éventuellement si l’air est très pur tu peux voir une montagne très lointaine dans une brume légèrement bleuté (et encore).
    Sinon d’une manière générale l’air n’est pas transparent puisqu’il a des bandes d’absorption notamment dans les infrarouges.

  • Comme je l’ai dis, on ne voit pas sa couleur car il faut qu’une grand quantité d’air pur soit traversé pour qu’il y ai un effet dans les longueur d’onde visible par l’œil.
    Par ailleurs toutes les définitions sensorielles des couleur sont faites en regardant à travers de l’air. On ne voit donc que les variations par rapport a l’air pur.
    En fait l’œil est un organe qui s’est spécialisé pour ne percevoir que les bandes transparentes de l’air et ne pas être sensible aux bandes d’absorption (la couleur de l’air) Sinon l’air serait opaque et la vision serait bien moins utile.

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