À la brunante, la lumière voyage dans à peu près 40 fois plus d’air qu’au zénith, ce qui enlève suffisamment des longueurs d’onde les plus courtes pour teinter fortement de rouge ou d’orangé la lumière restante.
À la brunante, la lumière voyage dans à peu près 40 fois plus d’air qu’au zénith, ce qui enlève suffisamment des longueurs d’onde les plus courtes pour teinter fortement de rouge ou d’orangé la lumière restante.

La recette du parfait coucher de soleil

Jean-François Cliche
Jean-François Cliche
Le Soleil
«Demeurant à Saint-Michel-de-Bellechasse, nous avons souvent l’occasion de voir de magnifiques couchers de soleil. Par contre, certains soirs, aucun intérêt. Alors qu’est-ce qui fait que le ciel est magnifique un soir donné et parfaitement banal le lendemain? Quels facteurs (saison, couvert nuageux, température, etc.) entrent en ligne de compte?» demande Jean Turgeon.

La lumière, comme on l’a vu plusieurs fois dans cette rubrique, est une onde électromagnétique — soit de l’énergie électrique et magnétique qui se propage dans l’espace un peu comme une vague à la surface de l’eau. Quand la distance entre les crêtes et les creux de ces «vagues» (la longueur d’onde, comme disent les physiciens) tourne autour de 700 nanomètres, nos yeux perçoivent du rouge. Une longueur d’onde un peu plus courte donne du orange, encore un peu plus courte et nous voyons du jaune, et ainsi de suite jusqu’à la plus courte longueur d’onde perceptible par l’œil humain, soit le violet (environ 380-400 nm).

Maintenant, l’atmosphère terrestre contient une foule de molécules et de particules de tailles variables. Et certaines d’entre elles peuvent teinter la lumière avant qu’elle ne parvienne jusqu’à nous.

En effet, quand un photon croise une particule qui est nettement plus petite que sa longueur d’onde, il se produit un phénomène nommé diffusion de Rayleigh, du nom d’un physicien anglais du XIXe siècle. En effet, loin d’être les «petites billes dures et uniformes» que l’on se figure parfois, les molécules gazeuses et les microparticules de l’atmosphère ont des charges électriques qui ne sont pas réparties également partout. À cause de cela, le passage de la lumière (qui est justement, répétons-le, de l’énergie électrique et magnétique) va les faire bouger, si elles sont suffisamment petites, au même rythme que les crêtes et les creux de «vagues». Et, ce faisant, l’énergie du photon, qui se dirigeait dans une direction particulière, va être rediffusée dans un peu toutes les directions — pas uniformément, mais disons que ça part quand même pas mal partout.

Ainsi, si une partie de la lumière est «déviée» dans toutes les directions, on comprend aisément qu’il y en a moins qui se rend jusqu’à un point donné, par exemple jusqu’à un observateur qui contemplerait un coucher de soleil.

Or, le phénomène ne se produit pas également pour toutes les couleurs : la diffusion de Rayleigh est beaucoup plus efficace pour les longueurs d’onde les plus courtes. Pour ceux qui veulent faire quelques petits calculs, disons que la lumière diffusée est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la longueur d’onde. Pour les autres, il n’y a qu’à savoir que par rapport aux rouges, la diffusion de Rayleigh enlève trois fois plus de verts et cinq fois plus de bleus, grosso modo.

Plus la couche d’air que la lumière traverse est épaisse, plus l’effet de cette diffusion est prononcé. Et à la brunante, la lumière voyage dans à peu près 40 fois plus d’air qu’au zénith, ce qui enlève suffisamment des longueurs d’onde les plus courtes pour teinter fortement de rouge ou d’orangé la lumière restante. Voilà qui explique les couleurs spectaculaires que prennent parfois les couchers de soleil. Bien lire : parfois...

Autre sorte de diffusion

Car la diffusion de Rayleigh n’est pas la seule chose qui se produit quand la lumière du Soleil passe dans l’air. Quand les photons croisent des particules plus grosses que leur longueur d’onde, une autre sorte de diffusion — dite «de Mie» — survient, qui a pour effet de diminuer également l’intensité de toutes les longueurs d’onde. Cela ne teinte donc pas la lumière, mais ne fait que l’atténuer. Des gouttelettes d’eau peuvent aussi dévier une partie de la lumière, la vapeur d’eau va elle aussi réduire l’intensité lumineuse uniformément pour toutes les couleur, et il en va de même pour les particules de poussière et de pollution.

Bref, tout ça pour dire que l’idéal pour contempler un beau coucher de soleil est d’abord d’avoir un air aussi clair et sec que possible. Non seulement cela laisse passer plus de lumière, ce qui rend le spectacle plus brillant, mais l’humidité et les poussières peuvent aussi embrouiller le fin détail de la réflexion de la lumière sur les nuages — lesquels sont un autre ingrédient important de la recette du parfait coucher de soleil.

Idéalement, les nuages doivent être assez haut dans le ciel parce que s’ils sont trop bas, ils vont souvent simplement obstruer tout le firmament, et parce que l’air est habituellement plus clair en altitude qu’au ras des pâquerettes. En outre, et c’est un point important pour les photographes je pense, les nuages en altitude ont souvent quelque chose de visuellement plus complexe que les cumulus «ouatteux» et les stratus brumeux qui peuplent la basse atmosphère — encore qu’avec un peu de chance pour les angles, un coucher de soleil plombant le côté d’une grosse colonne de cumulus doit être pas mal non plus.

Cela vient du fait qu’en haute atmosphère, les nuages se forment habituellement à la jonction entre deux couches d’air de température et d’humidité différentes. Par contraste, les cumulus et les stratus apparaissent quand une masse d’air chaud s’élève à partir du sol et que son humidité se condense en montant. Une masse d’air qui s’élève crée une aspiration et l’air qui arrive de cette manière est souvent chargé d’humidité et/ou de saletés.

Notons enfin qu’il y a d’autres phénomènes qui peuvent rendre les couchers de soleil mémorables (ou banals), car l’atmosphère est un mélange très complexe, mais disons que ce sont là les deux principaux.

Sources:
- Stephen F. Corfidi, «The Colors of Sunset and Twilight», Weatherwise, 1996/2014
- Les Cowley, «Sunsets», Atmospheric Optics, s.d., goo.gl/xfsmef

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