La couleurs du ciel au zénith

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La couleurs du ciel au zénith

Lors de l'éclipse annulaire, des élèves ont posé la question "Pourquoi le ciel est-il moins bleu à l'horizon qu'au zénith ?"
Merci de m'aider !

La lumière du Soleil contient toutes les longueurs d’onde, cette lumière non polarisée est très proche du blanc parfait.
Cela explique que les nuages sont blancs. Cette lumière traverse l’atmosphère avant d’atteindre le sol.
Suivant la théorie de Rayleigh sur la diffusion moléculaire, la probabilité pour qu’un photon de lumière solaire soit diffusé par une molécule de l’atmosphère est inversement proportionnelle à la puissance quatre de sa longueur d’onde. Ainsi, plus la longueur d’onde est courte (donc bleue) plus le photon a des chances de diffusion, ce qui explique que l’atmosphère diffuse dans le bleu.
La luminosité du ciel dépend de l’épaisseur d’atmosphère traversée, donc de l’axe de vision.
Plus il y a de molécules d’air, plus le ciel est brillant.
Lorsque l’on regarde au zénith, cette épaisseur est minimale. Si on monte en altitude (à la montagne) le bleu devient bleu foncé, pour devenir noir si l’on sort de l’atmosphère.
Plus l’on descend du zénith vers l’horizon, plus l’épaisseur et la masse d’air de l’atmosphère traversées par les rayons lumineux deviennent grandes (cela varie presque comme l’inverse du sinus de la hauteur).
Ainsi, si l’on considère que la masse d’air traversée au zénith est d'une unité, la masse d’air traversée à l’horizon est de 38 unités. Le ciel devient donc de plus en plus lumineux. Comme les rayons lumineux traversent une masse d’air plus importante, il y a suffisamment de molécules pour qu’il se produise des diffusions multiples. Tous les photons, quelle que soit leur longueur d’onde, vont frapper des molécules d’air. Ils sont donc diffusés et rediffusés de très nombreuses fois et se mélangent donnant à l’atmosphère la couleur de la source : blanc.

Patrick Rocher