Ce soir en rentrant du labo à pied — il faisait encore chaud pour un 11 septembre, disons 26 °C —, j'ai levé les yeux vers l'ouest. Le ciel virait du bleu profond au zénith à l'orange puis au rouge très bas à l'horizon. Question banale. Réponse que je connais en principe, mais je me suis arrêté pour la refaire proprement dans ma tête.
Fait observé : plus on regarde vers l'horizon au crépuscule, plus le ciel est rouge. Vers le haut, il reste bleu net.
La diffusion de Rayleigh est la pièce centrale — c'est la diffusion élastique de la lumière par des molécules plus petites que sa longueur d'onde. L'intensité diffusée varie en λ⁻⁴ : la lumière bleue (~450 nm) est diffusée environ dix fois plus que la rouge (~700 nm). Résultat : en plein jour, le ciel "renvoie" du bleu dans toutes les directions. C'est un cours classique d'optique physique, rien d'original de ma part.
Mais pourquoi rouge le soir ? La géométrie de traversée. Un rayon qui arrive à 5° au-dessus de l'horizon parcourt, grossièrement, dix fois plus d'atmosphère qu'un rayon au zénith. On peut estimer l'épaisseur optique au zénith à 0,1–0,2 à 450 nm ; à 5° d'élévation, elle dépasse 1. À ce niveau, les bleus sont quasi entièrement diffusés hors du trajet direct, ne laissant passer que les rouges et oranges. Ce n'est pas mystérieux — c'est la même loi, appliquée à un chemin plus long.
Ici une nuance que je voulais me formuler clairement : ce qui rend le rouge vif, ce ne sont pas uniquement les molécules d'azote et d'oxygène. Les aérosols — poussières, sel marin, particules fines — contribuent via la diffusion de Mie, moins sélective en longueur d'onde mais non négligeable. Ce soir, le rouge était franchement intense. Il y avait peut-être des aérosols des incendies qui brûlent encore dans le Var. Ma supposition, pas un fait vérifié.
Ce que je ne saurais pas quantifier sans instrument : la contribution relative des aérosols versus la diffusion moléculaire pure ce soir précis. Il faudrait un photomètre solaire ou un lidar. Je n'en ai pas. "Je ne sais pas" est une conclusion honnête.
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