La couleur

Couleurs du ciel

Objectifs

L'étude du bilan radiatif, de l'effet serre... tient compte de la diffusion de la lumière solaire par les particules présentes dans l'atmosphère et par les nuages.
La diffusion atmosphérique est à l'origine de la couleur rouge orangé du Soleil à son lever ou à son coucher, alors que « l'épaisseur » d'atmosphère à traverser pour le rayonnement solaire est la plus grande.
 
Pour ce qui est du rôle des nuages, l'importance de la diffusion dépend du diamètre des gouttelettes constituant le nuage.
 

Matériel nécessaire 

  • Un rétroprojecteur
  • Un bécher ou une petite cuve cylindrique de plus grand diamètre
  • Thiosulfate de sodium de concentration 0,1 mol.L-1 et acide chlorhydrique de concentration 0,5 mol.L-1
  • Une source de « lumière blanche » (un projecteur de diapositives convient)
  • Une petite cuve (10 x 8 x 2 cm est largement suffisant)
  • Un morceau de miroir ( 5 cm de côté convient)
  • Une cale pour maintenir l'inclinaison ou de la pâte à modeler
  • Du lait demi-écrémé dilué à 50 %
  • Une pipette
 

Expérience n° 1 : « Coucher de Soleil »

Verser dans un bécher ou une petite cuve cylindrique 50 ml de thiosulfate de sodium (0,1 mol.L-1). Placer le bécher sur un rétroprojecteur. Ajouter alors 10 ml d'acide chlorydrique (0,5 mol.L-1).

© Corboz

Bien observer, surtout au départ, la lumière diffusée par le mélange en regardant :
 
- le mélange dans le bécher (ciel bleu)
- l'écran : formation d'une tache rouge orangé.
 

© Corboz

Expérience n° 2 :« De la lumière blanche au ciel rouge »
Un miroir incliné au fond d'une cuve pleine d'eau permet d'obtenir le spectre de la lumière incidente. Avec une source de lumière usuelle (un projecteur de diapositives convient), nous obtenons un spectre aux couleurs de l'arc-en-ciel.
Si l'eau de la cuve est rendue de plus en plus diffusante, en ajoutant très progressivement des gouttes de lait demi-écrémé dilué (50 %), petit à petit vont s'éteindre le violet, l'indigo… et un glissement vers le rouge s'opère. Naturellement, la lumière sur l'écran est de moins en moins intense.
 © Corboz

N.B. Pour la commodité de l'observation, placer au plafond une feuille blanche (feuille de papier Canson, par exemple) comme écran.

On peut également mesurer l'impact du mélange sur le spectre de la lumière à l'aide du montage suivant :

un bac d'eau éclairé par le coté donc la lumière est réflechie sur un écran - © Denis Hemet représentation graphique du spectre de la lumière réflechie - © Denis Hemet
Remplacer l'écran par un spectromètre Irradiance de la lumière diffusée par l'eau en fonction de la longueur d'onde (mm)
un bac d'eau éclairé par le coté donc la lumière est réflechie sur un écran - © Denis Hemet représentation graphique du spectre de la lumière réflechie - © Denis Hemet
Ajouter le lait Irradiance de la lumière diffusée par le mélange en fonction de la longueur d'onde (mm)