Nuages aux mille couleurs

Une série de phénomènes atmosphériques peuvent faire en... (Photo fournie par Jérôme Jacques)

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Une série de phénomènes atmosphériques peuvent faire en sorte que l'oeil percevra différemment la lumière du Soleil d'un moment à un autre.

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(Québec) «À l'heure du midi [en juin 2012, NDLR], nous avons vu de drôles de couleurs dans un nuage. Ça a duré une quinzaine de minutes, et les couleurs changeaient, c'était vraiment beau à voir. Vous est-il possible de m'expliquer ce phénomène?» demande Jérôme Jacques, de Beauport.

Il existe toute une série de phénomènes atmosphériques qui peuvent avoir de drôles d'effets sur la lumière du Soleil. Les conditions précises peuvent varier selon le contexte et le type de phénomène, mais lorsque la lumière est séparée en ses différentes couleurs, c'est toujours le même principe général de fonctionnement qui est impliqué. Pour le comprendre, on a besoin de savoir deux choses.

La première est que, comme on l'a déjà vu ici, la lumière 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. Et les couleurs que perçoivent nos yeux sont simplement des longueurs d'onde (la distance entre deux «vagues») différentes : autour de 650 à 700 nanomètres (les longueurs d'onde plus élevées sont de l'infrarouge, invisible pour l'oeil humain), nous voyons du rouge; raccourcissez un brin l'espace entre les crêtes d'onde, et vous obtenez du orange; puis du jaune, du vert, du bleu et, enfin, autour de 400 nm, du violet. (Les longueurs d'onde plus courtes tombent dans l'ultraviolet, invisible lui aussi.)

Le deuxième, c'est que quand la lumière quitte un milieu pour entrer dans un autre de densité différente - comme lorsqu'elle quitte l'atmosphère pour entrer dans l'eau, et vice-versa -, une bonne partie de ses rayons sont déviés et/ou réfléchis. Et non seulement changent-ils de direction, mais ils le font avec un angle qui varie légèrement selon la longueur d'onde. C'est (grosso modo) ce qui sépare les couleurs et provoque des phénomènes optiques comme celui dont parle M. Jacques.

Encore une fois, concrètement, ces jeux de lumière ne se produisent pas exactement de la même manière d'un type de phénomène à l'autre. Ils impliquent par exemple des gouttelettes d'eau et une bonne part de réflexion dans le cas des arcs-en-ciel, par exemple. Dans d'autres circonstances, ce sont plutôt de minuscules cristaux de glace qui sont impliqués et qui vont dévier la lumière à des angles moins prononcés.

Maintenant, qu'est-ce qui s'est passé exactement dans la photo de M. Jacques pour que des nuages séparent les couleurs de la lumière du Soleil? C'est difficile à dire à partir de cette seule image, ne serait-ce que parce qu'elle ne permet pas de dire avec certitude s'il s'agit d'une mince bande de nuages (qui seraient alors des cirrus, formés de cristaux de glace) ou de la traînée de condensation laissée par un avion (qui peut contenir soit des cristaux, soit des gouttelettes). Mais à partir des explications fort complètes que l'on trouve sur le site Atmospheric Optics, du physicien britannique Les Cowley, on peut dégager deux possibilités.

Il est possible qu'il s'agisse d'un «nuage iridescent», phénomène qui survient quand la lumière traverse un nuage mince et formé de gouttelettes ayant toutes la même taille. Mais voilà, les nuages irisés ne séparent pas les couleurs aussi nettement qu'un prisme, comme ce que l'on voit sur la photo, mais les présentent plutôt un peu pêle-mêle, comme lorsque de l'essence flotte à la surface de l'eau.

L'autre possibilité est que l'on a ici affaire à un «arc circumhorizontal», causé par des cristaux de glace (et non des gouttelettes) dans les nuages de la haute atmosphère, comme les cirrus. En outre, ces arcs n'apparaissent que lorsque le Soleil est passablement haut dans le ciel - à plus de 58° -, ce qui correspond bien à la description de M. Jacques, qui précise que la photo a été prise à l'heure du dîner.

Le hic, cependant, est que les arcs circumhorizontaux séparent les couleurs à l'horizontale, alors que sur la photo, elles le sont, ou semblent l'être, à la verticale, allant du rouge, à gauche, jusqu'au bleu, à droite. On peut a priori imaginer qu'une bande de nuage très mince (ou une traînée de condensation suffisamment haute pour faire des cristaux) qui aurait un angle léger par rapport à l'horizontale pourrait tromper l'oeil et donner l'impression que les couleurs sont séparées à la verticale alors qu'elles le sont à l'horizontale, mais ce n'est pas une possibilité abordée par le site de

M. Cowley.

Source : LES COWLEY. Atmospheric Optics, Les Cowley, s.d. goo.gl/YAZm2b

***

«Quand les astronomes disent qu'une planète se couche à telle heure, elle se couche où? Au niveau de la mer? Quelle correction doit apporter celui qui demeure dans un pays montagneux?» demande Jean-Claude Côté.

«Les heures de lever et de coucher [du soleil comme de la lune et des étoiles, NDLR] sont calculées pour des horizons plats et complètement dégagés, alors oui, si on est en montagnes, il y a une correction à apporter», répond l'astronome de l'Université Laval Laurent Drissen.

Évidemment, si des montagnes obstruent l'horizon, les levers seront retardés et les couchers devancés; si l'on se trouve sur une montagne, alors l'effet est inversé. Mais hormis le fait que plus le relief est prononcé (et proche), plus son effet est grand, il n'existe pas de règle universelle pour la correction à apporter. Chaque endroit de la Terre a le sien!

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