Les phénomènes atmosphériques optiques

Les aurores polaires

Ce phénomène lumineux, également appelé aurores boréales dans l'hémisphère nord et aurores australes dans l'hémisphère sud, est caractérisé par des voiles extrêmement colorés dans le ciel nocturne. Les aurores se produisent particulièrement dans les régions proches des pôles magnétiques, c'est-à-dire entre 65 et 75° de latitude. En effet, les pôles agissent comme des aimants qui attirent les particules chargées du vent solaire qui se heurtent à la thermosphère composée d'azote et d'oxygène. Les particules excitent alors ces atomes, laissant jaillir des fulgurances lumineuses.

L'heure bleue

L'heure bleue correspond à la période entre le jour et la nuit où le ciel se remplit presque entièrement d'un bleu plus foncé que le ciel bleu du jour. Ce phénomène est causé par la diffusion de Rayleigh qui est un mode de diffusion des ondes.

Le rayon vert (flash vert)

Ce phénomène est très rare. Il peut être observé au lever ou au coucher du soleil et il prend la forme d'un point vert visible quelques secondes seulement au sommet de l'image de l'astre alors que ce dernier se trouve sous la ligne d'horizon. La réfraction (le changement de direction) de la lumière du soleil par l'atmosphère crée un spectre vertical. Au fur et à mesure que le soleil descend sous l'horizon, les couleurs spectrales disparaissent une à une à commencer par le rouge, l'orangé puis le jaune. Lorsque ces trois couleurs ont disparu, quelquefois, la seule couleur qui reste visible est le vert. Le rayon vert est particulièrement observable à basse altitude, là où l'horizon est dégagé et plat car c'est là que l'atmosphère disperse le plus les couleurs (exemple: devant un océan).

Les mirages

Ils sont dus à la déviation des faisceaux lumineux par des superpositions de couches d'air de températures différentes. Cette déviation donne l'impression que l'objet est à un endroit différent de son réel emplacement et peut également déformer l'image. Il existe deux types de mirages:

- les mirages inférieurs: ces mirages apparaissent lorsque les couches basses de l'air sont réchauffées, causant une différence de température importante entre l'air proche du sol et les températures des couches d'air plus élevées. Ces mirages sont sous l'objet et inversés par rapport à celui-ci. L'impression d'observer une flaque d'eau sur la route est typique d'un tel phénomène (image ci-dessus)

- les mirages supérieurs: ils apparaissent lorsque l'air proche du sol est plus froid qu'en hauteur. Ces mirages ont lieu dans des endroits où la surface du sol est très froide (glacier, banquise). L'image de l'objet peut être inversée ou non, parfois déformée, et sera au-dessus de l'objet réel.

L'effet Novaya Zemlya

Cet effet est un mirage froid particulier des régions polaires, puisque deux couches d'air sont superposées: en bas, une couche d'air froid, au-dessus une couche d'air chaude. Il résulte d'un profil particulier de l'indice de réfraction atmosphérique. En fait, l'atmosphère agit comme un guide d'onde. Une partie de la lumière émise par le soleil se propage selon une trajectoire inhabituelle et peut atteindre le côté de la Terre plongé dans l'obscurité. Cet effet est caractérisé par le fait que le soleil peut rester visible après son coucher très en-dessous de la ligne effective de l'horizon.

Les arcs-en-ciel

Les arcs-en-ciel sont un phénomène optique et météorologique qui rend visible le spectre continu de la lumière du ciel quand le soleil brille lorsqu'il pleut. Un arc-en-ciel contient autant de couleur que l'oeil peut en distinguer, soit au plus 150. Tout d'abord, la lumière est réfractée en pénétrant la surface de la goutte de pluie. Puis, la lumière subit une réflexion partielle à l'arrière de cette même goutte. Finalement, la lumière est à nouveau réfractée en sortant de la goutte. Dans certains cas, la lumière subit une double réflexion dans les gouttes de pluie, ce qui conduit à la formation d’un deuxième arc-en-ciel moins brillant, avec les couleurs inversées par rapport au premier.

Les halos

Un halo est un cercle de lumière qui se forme suite à l'interaction entre la lumière du soleil et des cristaux de glace présents dans l'air ou dans les nuages visibles de la haute troposphère. Il existe le petit halo et le grand halo. Ces deux halos diffèrent par l'angle d'incidence des rayons du soleil sur le prisme.

RTS Découverte, avec la collaboration de Jean-Michel Fallot, Maître d'enseignement et de recherche, Faculté des géosciences et de l'environnement, UNIL.