Sciences en cuisine #6

Sciences en cuisine #6

Ciel bleu et nuages de lait

Un avion zèbre le ciel du Pic du Midi après la tempête.

Si je vous demande de quelle couleur est le ciel, vous allez me répondre sans hésiter : « le ciel est bleu, bien sûr ! ».

Mais est-ce vraiment certain ? En effet, la nuit, la couleur bleue du ciel n’est plus visible… Saurais-tu expliquer pourquoi ?

De même, saurais-tu expliquer pourquoi on ne voit des étoiles dans le ciel que la nuit ?

Écris tes hypothèses à ces deux questions avant de déplier l’onglet suivant.

Pourquoi le ciel n’est pas bleu la nuit ?

Tu as peut-être fait l’hypothèse que le ciel est toujours bleu, mais que lorsque le Soleil disparaît, il ne l’éclaire plus donc il devient noir (de la même manière qu’un objet bleu placé dans un endroit obscur est … noir, puisqu’il n’est plus visible). Cette hypothèse n’est pas tout à fait exacte, et nous allons voir pourquoi un peu plus bas.

Pourquoi ne voit-on des étoiles dans le ciel que la nuit ?

Tu as peut-être fait l’hypothèse que les étoiles « s’allument » seulement la nuit… mais pourtant, les astronomes, qui les connaissent bien, savent que les étoiles sont des soleils très lointains qui brillent en permanence. Ils ne s’allument pas ni ne s’éteignent comme une lampe commandée par un interrupteur.

De même, tu as peut-être fait l’hypothèse que toutes les étoiles sont regroupées du côté « nuit » de la Terre et qu’il n’y en a pas du côté « jour ». Mais pourtant, sur cette photo d’une éclipse totale de Soleil,  lorsque la Lune passe juste devant le Soleil et cache sa lumière intense, le ciel devient plus sombre et on aperçoit quelques étoiles brillantes : c’est donc la preuve que, même en plein jour, des étoiles sont présentes dans le ciel.

Afin de comprendre ce qui se passe, tentons une petite expérience qui va permettre de modéliser notre ciel, de jour comme de nuit.

Tu va avoir besoin du matériel suivant (expérience à réaliser en famille – il faut être plusieurs pour tenir les différents éléments) :

  • Un petit bocal de verre
  • Une lampe-torche
  • Un téléphone ou une tablette
  • Quelques gouttes de lait
  • De l’eau
  • … une pièce dans l’obscurité

Il te faudra d’abord télécharger la photo suivante sur le téléphone ou la tablette :

Photo de ciel étoilé à télécharger
  1. Remplis le bocal d’eau du robinet
  2. Rajoute quelques gouttes de lait dans ton bocal (entre 5 et 10 gouttes – utilise ton doigt pour verser les gouttes une à une, il n’en faut pas beaucoup)
  3. Mets toi dans l’obscurité puis place le téléphone (et son image de ciel étoilé) derrière le bocal : tu devrais voir les étoiles à travers le liquide. Si ça n’est pas le cas, c’est que tu as mis trop de lait dans l’eau (verse un peu de ton mélange dans l’évier puis rajoute de l’eau pour le diluer).
    Tu viens de modéliser notre ciel la nuit : il est transparent et permet de voir les étoiles dans l’espace.
  4. Place alors la lampe-torche sous le bocal et allume-là : le liquide devient alors très lumineux et les étoiles ne sont plus du tout visibles !
    Tu viens de modéliser notre ciel le jour : il est lumineux car le Soleil (la lampe torche) l’illumine.

Voici un schéma de l’expérience suivi de deux photos de ce que l’on voit :

A gauche, la lampe torche est éteinte et le liquide dans le bocal « simule » notre ciel, qui est transparent la nuit (nous laissant voir les étoiles). A droite, simulation du ciel le jour : la lampe torche est allumée et représente le Soleil dont la lumière est diffusée dans le ciel, le rendant lumineux.

Vous allez me dire que le « ciel » du bocal est blanc et non pas bleu comme en réalité !… Voici quelques explications dans l’onglet ci-dessous :
 

Lorsque la lumière de la lampe-torche traverse le bocal rempli du mélange eau+lait, elle « tombe » sur les minuscules particules présentes dans le lait et « rebondit » dans un peu toutes les directions : on dit qu’elle est diffusée. Elle nous donne ainsi l’impression que le liquide est lumineux.

C’est un peu la même chose qui arrive lorsque le Soleil éclaire le ciel (notre atmosphère). Sa lumière « tombe » sur les minuscules molécules de gaz qui le composent et est diffusée dans toutes les directions, rendant ainsi le ciel lumineux. La petite différence avec notre bocal d’eau laiteuse, c’est que les molécules dans l’air diffusent surtout une couleur : le bleu. En revanche les autres couleurs traversent l’air en étant bien moins diffusées.

Ciel bleu, soleil jaune

On sait que le Soleil éclaire la Terre avec une couleur blanche, et que le blanc est la « somme » de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel (du violet au rouge en passant par le bleu, le vert, le jaune, l’orange,…). Lorsque sa lumière traverse le ciel, la composante bleue est diffusée (la lumière solaire « perd » du bleu), rendant le ciel bleu. Et comme du bleu a été « perdu », le Soleil nous semble un peu plus jaune.

Et la nuit alors, de quelle couleur est le ciel ?

Comme notre expérience l’a montré, si aucune lumière intense ne traverse le bocal d’eau laiteuse, son contenu reste assez transparent pour nous permettre de voir les étoiles au travers.

On peut alors affirmer que, la nuit, le ciel (notre atmosphère) n’est pas noir : il est tout simplement transparent. Et comme notre ciel est transparent la nuit, il nous permet de voir au travers les étoiles et le noir de l’espace.

Lorsque le Soleil apparaît à l’horizon et éclaire notre atmosphère, le ciel perd sa transparence, devient lumineux… et nous empêche de distinguer les étoiles qui, pourtant, sont toujours au dessus de nos têtes, même à proximité du Soleil.

Sur cette photo prise depuis la Station Spatiale Internationale par l’astronome Karen Nyberg, on distingue bien la frange bleue de l’atmosphère, tandis que le ciel de l’espace est noir. On remarque aussi que le reflet du Soleil sur l’océan est jaune, ce qui est normal puisque sa lumière a traversé deux fois l’atmosphère, lui faisant « perdre » du bleu (Photo NASA).

Station spatiale internationale par l’astronaute Karen Nyberg. NASA

 

Nous venons de voir que le ciel peut diffuser la lumière lorsqu’il est éclairé. Cela permet de comprendre ce qu’est la « pollution lumineuse » : lorsque les lumières de nos villes et villages éclairent le ciel, celui ci devient lumineux, nous empêchant de voir les étoiles.

Mise en évidence de la pollution lumineuse en vallée des Gaves (Htes-Pyrénées). Photo Léa Salmon-Legagneur

C’est ainsi que près de la moitié de l’Humanité est privée de la vision de la Voie Lactée.

La pollution lumineuse engendre de nombreux autres problèmes dans le monde du vivant : d’après-toi, quelles conséquences peut avoir la pollution lumineuse sur les animaux et les végétaux ?

Tu peux en découvrir et comprendre quelques-uns dans ce document PDF.

Davantage d’infos sur la pollution lumineuse sur le site Le Monde de la Nuit.