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A basse altitude la densité de l’air est plus importante qu'en altitude et l'atmosphère contient aussi beaucoup plus de poussières et de vapeur d’eau arrachées au sol ou transportée par les vents. Il est donc normal que la lumière bleue soit plus diffusée en bordure de mer car elle rencontre beaucoup plus d'obstacles qu’en altitude où la raréfaction de l’air influence moins la lumière bleue. A ce propos, on observe également tôt le matin que certaines montagnes prennent parfois une couleur bleue comme les Smokey Mountains du Tennessee ou les Blue Ridge de Virginie. Dans ces zones forestières qui s'élèvent à plus de 1000m d'altitude, des particules d'hydrocarbones peuvent être relâchées dans l'atmosphère par la végétation et se mélanger avec l'ozone stratosphérique. C'est la présence de minuscules particules de 0.2 microns de diamètre qui diffusent la lumière bleue. Plus la distance entre les montagnes et l'observateur est grande, plus la diffusion est importante et plus les montagnes semblent bleues. A ce phénomène s'ajoute en Virginie la présence de Kyanite (Al2SiO5) dans les roches qui leur donne une tonalité gris-bleutée. Un phénomène similaire se produit dans la vallée de la Meuse en Belgique riche en "pierre bleue" (marbre). La dominante bleue peut-être accentuée par la présence de brume ou de brouillard dans le fond des vallées.
La couleur du ciel La couleur bleue du ciel dépend également de la turbulence atmosphérique. Un ciel bleu n’est pas nécessairement synonyme de beau temps ou de régime anticyclonique. Souvent en été lorsque la terre s'est asséchée, le ciel prend une couleur bleue pâle en raison de la grande quantité de poussière présente dans la basse atmosphère; l'anticyclone poussant l'air vers le sol, l'horizon devient brumeux et il est rare dans ces conditions d'observer de beaux phénomènes atmosphériques (réfraction du Soleil couchant en forme d'Omega, etc) à moins que les nuages ne s'enflamment dans les feux du Soleil. Inversement entre les fronts froids et les dépressions lorsque la turbulence est importante, des éclaircies passagères et leur "rues de cumulus" caractéristiques (un ciel de traîne) nous offrent l’occasion d’observer un ciel bleu très limpide, dans lequel les poussières sont dispersées dans tout le volume, jusqu’à la tropopause. Meteo-France nous rappelle que ""le bleu du ciel est normalement plus intense pendant les hautes pressions du printemps ou de l'automne que pendant celles des mois d'été. Même lorsqu'il y a des hautes pressions, le bleu est affaibli en hiver durant une inversion". Tout ceci s'explique en raison de la distribution des poussières en fonction de l'intensité de la turbulence.
Si le ciel est bleu pour une raison à présent évidente, pourquoi les nuages sont-ils blancs ? Les nuages sont constitués de minuscules particules d'eau liquide ou de glace, ou les deux simultanément, en suspension dans l'atmosphère. Ces nuages peuvent également contenir des particules liquides non aqueuses ou des particules solides, provenant par exemple de vapeurs industrielles, de fumées ou de poussières.
A lire : Interactions avec l'atmosphère Explications et calculs préparés par l'ENS de Lyon Les nuages peuvent devenir gris, jaunes ou oranges en raison des impuretés présentes dans l'atmosphère à l'occasion de fortes instabilités (orages) ou suite à la diffusion accentuée de la lumière solaire à l'aube ou au crépuscule. Pour mémoire, citons également les nuages noctiluscients, des formations similaires aux cirrus brillants après le coucher du Soleil. Ils sont situés vers 80 km d'altitude donc au-dessus de la tropopause. On les appelle également les nuages mésosphériques. On les observe aux latitudes polaires (Finlande, cercle Arctique).
A la lumière du Soleil couchant Pourquoi le Soleil prend-il une couleur rouge vermillon au coucher ou aux premières lueurs de l'aube ? Au coucher du Soleil, pour ne prendre que cet exemple, le même phénomène se produisant à l'aube, la lumière arrive de l'horizon et parcourt un plus long trajet dans l'atmosphère que lorsque le Soleil est à la verticale du lieu. La diffusion de la lumière est importante ce qui explique pourquoi le Soleil est beaucoup moins lumineux et peut être observé sans que nous soyons ébloui lorsqu'il est à deux doigts de l'horizon. Sa couleur passe progressivement de l'orange au rouge car cette fois ce sont les rayonnements bleus et verts, de courtes fréquentes, qui sont diffusés et seule la lumière rouge traverse l'atmosphère et parvient à l'observateur.
Quant à l'auréole de couleurs dégradées qui entoure le Soleil couchant, le phénomène est d'autant plus spectaculaire lorsque l'air contient de très fines particules de poussière ou d'eau en suspension; leur petite taille permet de réfléchir la lumière dans toutes les directions. La lumière qui se dirige dans votre direction subit des diffusions différentes selon la fréquence du rayonnement, les longueurs d'ondes les plus longues (rouges) vous parvenant le plus facilement. C'est ainsi que le ciel peut littéralement s'enflammer et prendre des couleurs rouge, rose ou oranges vives durant quelques dizaines de minutes. A consulter Les plus beaux coucher de Soleil Dans certaines circonstances les poussières soulevées du sol accentuent cette tonalité rouge en lui ajoutant des nuances de couleurs chaudes allant du jaune vif au rouge-brun. Ce phénomène est particulièrement marqué après les éruptions des volcans gris crachant de grands panaches de poussières et de cendres ou après certains cataclysmes naturels tel l'impact d'un astéroïde. Les premiers ont toujours produits de merveilleux coucher de Soleil, surtout en automne ou en hiver par un beau ciel dégagé. Rappelons pour terminer que les éjections de poussière volcanique ont des conséquences sur le climat. Leur effet direct est une diffusion de la lumière solaire dans l'espace. Leur effet indirect est une modification de la taille des aérosols dans la basse atmosphère en changeant la réflectance des nuages et leur manière d'absorber la lumière, ce qui affecte le bilan énergétique de la Terre.
Coucher de Soleil extraterrestre Si nous pouvions visiter Mars ou Vénus nous constaterions que le Soleil présente là-bas aussi une coloration orange. Pour Mars le problème n'est pas tant lié à son atmosphère, qui est dix à cent fois plus ténue que celle de la Terre (entre 6 et 85 mb) mais à la présence de déserts de sable qui provoquent régulièrement des tempêtes à l'échelle du globe en raison des fortes variations de température et de la petite taille de la planète. Au coucher du Soleil, l'atmosphère prend une couleur orange, rose ou rouge en raison de la poussière en suspension dans "l'air" (c'est du gaz carbonique). Un phénomène similaire se produit sur Vénus. Recouverte par une atmosphère très épaisse et opaque, à la surface de Vénus le disque du Soleil apparaît en filigrane et orangé-rouge un peu comme à travers un smog, l'allusion était à propos puisque Vénus contient de l'hydrogène sulfuré... Comme sur Terre à l'aube ou au crépuscule, toute la lumière de courte longueur d'onde est diffusée dans l'atmosphère dense de Vénus lui donnant l'impression d'être plongée dans une perpétuelle lueur crépusculaire.
La télédétection Si les différents mécanismes de diffusion de la lumière nous offrent parfois des ciels enflammés aux couleurs extraordinaires, ils posent un problème pour la télédétection. Les satellites placés en orbite doivent en effet pouvoir observer la surface terrestre sans perturbation, sans que la lumière incidente soit bloquée par les impuretés ou les aérosols présents dans l'atmosphère. Dans ce domaine un deuxième phénomène gênant intervient, c'est l'absorption du rayonnement électromagnétique par les molécules d'ozone, de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau qui absorbent l'énergie de différentes manières.
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