CLIMAT

Le rayon vert du soleil couchant

LE TEMPS

par Aurélie Coulon

 

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Décrit dans un roman de Jules Verne, le phénomène du «flash» vert s’observe au lever et au coucher du soleil. Il n’est pas si rare et s’explique par des principes d’optique dans l’atmosphère

«Le disque, qui venait de disparaître derrière un horizon d’une admirable pureté, avait lancé son rayon vert dans l’espace!», décrit Jules Verne en 1882 dans son roman intitulé «Rayon-vert». L’écrivain français, passionné de sciences, est le premier à avoir attiré l’attention du large public sur ce phénomène atmosphérique qui a lieu au lever du soleil juste avant que l’astre ne passe la ligne d’horizon, ou à son coucher lorsqu’il vient de disparaître. Durant une fraction de seconde, apparaît alors un flash ou un croissant lumineux «d’une extrême intensité, comme s’il eût été peint avec de l’émeraude en fusion», selon les mots de Jules Verne.

Au risque d’en décevoir certains, il faut préciser que les explications scientifiques apportées par Jules Verne sont fausses. Mais cet ouvrage aura eu le mérite de stimuler l’intérêt des physiciens qui préciseront à la fin du XIXe siècle les principes optiques du rayon vert qui n’est en effet ni un mystère ni une légende, mais un phénomène bien réel et tout à fait explicable. Il n’en est pas moins remarquable car il n’est visible que dans des conditions bien particulières.

Dessin réalisée par l’illustrateur Léon Benett pour le roman «Rayon-vert» de Jules Verne paru en 1882 (Edition J. Hetzel).

L’explication du rayon vert est à chercher du côté des propriétés de l’atmosphère que traverse la lumière du soleil. «L’atmosphère terrestre fonctionne comme un prisme car sa densité décroît en fonction de l’altitude, explique Michel Grenon, professeur d’astronomie à l’Université de Genève. Un rayon lumineux qui pénètre les couches de l’atmosphère est dévié vers le sol en suivant une courbure croissante. La déviation totale – appelée réfraction en optique – dépend de la couleur de ce rayon. Elle est maximale en lumière violette et minimale en lumière rouge». Autrement dit, l’image du soleil caché derrière l’horizon, est étirée verticalement selon le spectre de l’arc-en-ciel (où se succèdent rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet). Les images pour chaque couleur sont décalées du bas en haut, du rouge vers le violet.

Mais alors, pourquoi ne voit-on principalement que du rouge, puis du bleu et vert, mais jamais du violet ou du orange? «A l’horizon, les rayons du soleil traversent l’équivalent de treize fois l’épaisseur de l’atmosphère, contre une seule couche quand le soleil est au zénith. L’absorption de la lumière dépend de sa longueur d’onde (sa couleur); elle est maximale dans le violet et l’UV», précise l’astronome genevois. La couleur orange est absorbée quant à elle par les molécules de vapeur d’eau, abondantes à basse altitude. Au final, seul des images décalées rouge et bleu/vert arrivent aux yeux de l’observateur.

 

Du Mont-Blanc au siège d’avion

Toutes les aurores ou tous les crépuscules ne sont pas propices à l’observation du rayon vert, qui dépend beaucoup des conditions météorologiques et de la position de celui qui attend patiemment. «L’atmosphère doit être transparente et il faut être loin de l’horizon pour que l’épaisseur de l’atmosphère traversée par la lumière du soleil soit maximale», détaille Pierre Eckert, météorologue à MétéoSuisse. L’observateur doit donc se poster le plus loin possible de la ligne d’horizon, au bord de la mer ou en haut d’une montagne par exemple.

Lord Kelvin, le célèbre physicien anglais, relate en 1899 avoir été l’heureux témoin d’un rayon bleu lors d’un lever de soleil au sommet du Mont-Blanc. Il avait observé un rayon vert au coucher six ans plus tôt. «La couleur bleue est très rare car le ciel doit être très transparent», précise le météorologue qui ajoute qu’il est possible de voir le rayon vert à plus basse altitude, en haut du Jura ou du Moléson par exemple. L’horizon doit être absolument lisse, sans arbre, comme sur une crête de montagne, sur un plateau ou une mer de brouillard.

«J’ai eu la chance de voir le rayon vert en de nombreuses occasions, raconte Michel Grenon. Je me souviens avoir observé maintes fois, au Chili, du haut de l’Observatoire de la Silla, dans un ciel anticyclonique sans aucune poussière, le coucher de soleil en ‘pile d’assiettes’. Au lieu d’une ellipse solaire rouge, l’astre levant formait des bandes lumineuses, séparées par des barres noires, la plus haute passant au vert émeraude». Le rayon vert est aussi visible d’avion et l’astronome a eu la chance d’assister à des rayons verts de plusieurs minutes lors de longs levers de soleil sur des vols d’Est en Ouest, sur l’Atlantique Sud par exemple.

Coucher de lune et son rayon vert photographié depuis le Cerro Paranal, à 2600 mètres d’altitude, au Chili. (ESO/Gerhard Hüdepohl)

Le soleil n’est pas le seul à se lever et se coucher à l’horizon de la Terre. La nuit, d’autres corps célestes comme notre satellite, la Lune, et la planète Vénus évoluent dans le ciel nocturne et réfléchissent la lumière du soleil. Autant d’occasion d’observer un rayon vert. Cependant, la lune n’est pas la meilleure candidate, car «elle ne réfléchit que trois pour cent de la lumière du soleil et fonctionne comme un filtre rouge à cause de son sol qui absorbe la partie bleu-violette du spectre des couleurs», selon Michel Grenon.

Au contraire, Vénus renvoie la totalité de la lumière du soleil vers nous. En automne ou en hiver, quand les conditions météorologiques sont les plus favorables, le coucher de cette planète peut offrir un spectacle remarquable, avec l’aide d’une lunette. «La réfraction de la lumière réfléchie par Vénus décale très nettement les images de Vénus: l’extrémité supérieure apparaît bleue, l’inférieure rouge. En se couchant, le dernier croissant vire au bleu-vert», témoigne l’astronome.

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