Rayon vert

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Page d'aide sur l'homonymie Pour l’article homonyme, voir Le Rayon vert
Page d'aide sur l'homonymie Pour l’article homonyme, voir Le Rayon vert (film, 1986)

Le rayon vert est un phénomène optique très rare[1] qui peut être observé au lever ou au coucher du Soleil, et qui prend la forme d'un point vert visible un bref instant (quelques secondes) à son sommet, lorsqu'il frôle l'horizon. Un tel phénomène peut également être observé avec la Lune[2].

Rayon vert observé le 15 octobre 2005 à l'Observatoire de La Silla (ESO).
Rayon vert observé le 15 janvier 2006 à l'Observatoire de La Silla (ESO).
Rayon vert observé à San Francisco le 17 septembre 2006.
Rayon vert lunaire observé au VLT, au Cerro Paranal à 2600 mètres d'altitude dans le désert d'Atacama, au Chili.
rayon vert observé à Union (île des Antilles) le 28 novembre 2013.

Observation[modifier | modifier le code]

Le rayon vert est souvent tenu pour un phénomène mythique, ou une illusion d'optique expliquée par la persistance rétinienne. Le phénomène existe pourtant bel et bien, c’est un phénomène atmosphérique qui peut se produire au lever ou au coucher du soleil. Au moment de son apparition ou de sa disparition, le soleil peut apparaître vert à son sommet ou même diffuser un flash vert.

Pour observer le rayon vert, le ciel doit être clair et dégagé de poussières et de particules. La présence d’un anticyclone facilite également l’observation du phénomène grâce à une haute pression (donc une densité d’air plus importante). Enfin, la ligne d’horizon doit être lointaine, pour que les rayons solaires traversent la plus grande distance d'atmosphère possible avant d’atteindre l’observateur. Pour toutes ces raisons, le rayon vert s'observe au mieux à basse altitude, là où l'horizon est dégagé, par exemple devant un océan.

Pour prolonger le temps d'observation, on peut commencer celui-ci en étant en position assise, puis, lorsque le rayon apparaît, on se lève lentement. Pour éviter un éblouissement dû aux dernières lueurs jaunes ou rouges, ce qui peut donner l'impression de voir un faux rayon vert par contraste, il faut tourner le dos au soleil et se retourner au dernier moment[3].

Explication du phénomène[modifier | modifier le code]

L’atmosphère : un milieu hétérogène[modifier | modifier le code]

L'atmosphère est formée de couches d'air de températures et de pressions différentes. En effet, la température diffère d’un endroit à l’autre suivant d'abord l'altitude, puis la latitude, les vents, les reliefs, le type de sol... De par le nombre de paramètres en jeu, les variations locales de température sont quasiment imprévisibles. Si la température change, le volume occupé par un gaz change également, et par conséquent sa pression. De plus, la pression de l’air diminue quand l’altitude augmente. Elle est donc plus faible à la montagne qu’au niveau de la mer. L’atmosphère doit ainsi être considérée certes comme un milieu hétérogène, tout particulièrement dans les couches basses, mais avec un fort gradient moyen de densité, ce qui induit donc aussi un net gradient vertical d'indice de réfraction.

La trajectoire de la lumière[modifier | modifier le code]

La loi de Descartes sur la réfraction s'applique dans un milieu hétérogène comme dans un milieu homogène. Dans un milieu hétérogène au lieu d'avoir une unique interface, on a une infinité d'interfaces où le phénomène de réfraction se produit entre des milieux homogènes de dimension infinitésimale. La trajectoire des rayons lumineux dans un milieu un peu hétérogène mais surtout stratifié, tel l’atmosphère, n'est par conséquent pas rectiligne mais curviligne et de courbure tournée vers le sol. Ceci peut être comparé à la trajectoire d'un rayon d’un laser dans une cuve d’eau salée où l’on aurait rajouté de l’eau distillée. La réfraction des rayons lumineux implique donc qu'un observateur terrestre ne voit pas le Soleil à sa position réelle.

La diffusion[modifier | modifier le code]

Les couleurs d’un coucher de Soleil vont du rouge au jaune, et même jusqu’au vert (lors du rayon vert). Un autre phénomène, dû aux propriétés ondulatoires de la lumière, explique l’absence du bleu et du violet. En rencontrant une molécule de dioxygène (ou de diazote) un rayon lumineux ressortira plus ou moins diffusé suivant sa longueur d’onde. Plus on ira vers le bleu, plus la diffusion aura tendance à envoyer la lumière dans toutes les directions, et plus le faisceau solaire direct sera appauvri dans cette couleur.

Cette diffusion, dite de Rayleigh, permet au ciel d’être bleu, et empêche l’apparition des couleurs bleues, et a fortiori violettes, lors du coucher de soleil. La couleur verte étant moins diffusée que la bleue, reste visible. Les couleurs apparentes du coucher de soleil sont donc celles du spectre de lumière visible dans la gamme de couleur allant du rouge au vert.

La réfraction et le chromatisme[modifier | modifier le code]

Le chromatisme d'un milieu correspond à la variation de l'indice optique du milieu en fonction de la longueur d'onde de la lumière. La loi de réfraction de Descartes faisant intervenir l'indice optique des milieux, la réfraction s'appliquera donc de façon différente en fonction de la longueur d'onde. On observe ainsi une variation de la déviation des rayons lumineux due au chromatisme (ce phénomène est à l'origine de la dispersion de la lumière blanche par un prisme produisant les rayonnements de l'arc-en-ciel).

La réfraction dans l'atmosphère est liée à son chromatisme. En fonction de sa longueur d’onde, la déviation d’un rayon lumineux est différente, et plus grande pour un rayon bleu que pour un rayon rouge.

Le phénomène est ainsi facile à expliquer : en oubliant les couleurs intermédiaires, les rayons lumineux verts sont donc plus courbés vers le sol par le gradient d'indice de réfraction que les rayons rouges. Lorsque l'image du Soleil disparaît derrière un obstacle bien net et très lointain, "l'image verte" se cache après "l'image rouge". Lorsqu'on observe le coucher de soleil, ces deux images sont à nos yeux globalement superposées tout le temps, sauf dans les tout derniers instants. Dans ces ultimes secondes, on voit donc le dernier croissant de l'image solaire perdre sa couleur rouge pour redevenir blanche (perte progressive de la composante rouge), puis enfin passer à un vert éclatant pendant un bref instant. Si la diffusion Rayleigh était moins efficace, ces derniers rayons seraient plus proches du bleu, ce qui ne peut guère se produire au niveau de la mer à cause de l'efficacité de la diffusion pour une traversée aussi longue de l'atmosphère. Si l'obstacle est trop proche, cet instant devient souvent trop bref pour permettre l'observation (certains observateurs parlent alors de « flash » vert). Et si l'obstacle ne présente pas un bord bien net, le phénomène n'est plus observable.

Autres paramètres[modifier | modifier le code]

L’absorption a une influence sur le spectre de lumière visible lors du coucher de soleil. Des mirages peuvent aussi modifier la forme du soleil perçue par un observateur, et accentuer le rayon vert. De plus, le rayon vert peut aussi parfois se décliner sous forme de rayon bleu et parfois même de rayon violet lorsque certaines conditions particulières sont réunies en montagne. Voir les liens externes ci-dessous.

Rayon vert artificiel[modifier | modifier le code]

Le rayon vert sur le dais qui surplombe le Christ à 11 h 38 au printemps et à 12 h 24 à l'automne.

Certains parlent de « rayon vert » pour désigner un phénomène optique qui se produit aux équinoxes dans la cathédrale Notre-Dame de Strasbourg qui projette sur la chaire une tache verte. Cet éclairage est produit par les rayons du soleil passant par une pièce d'un vitrail du triforium méridional représentant le patriarche Juda. Le vitrail à l'origine de ce rayon vert date de 1875, mais les premières mentions de ce rayon vert sont très postérieures[4],[5]. Le phénomène actuellement observé remonte en fait à une réfection faite entre 1950 et 1971[6].

Dans les arts[modifier | modifier le code]

  • Le Rayon vert, roman de Jules Verne de 1882 où l'héroïne cherche à observer ce phénomène atmosphérique. Apparemment à cette époque Jules Verne n'avait pas observé lui-même le phénomène, sa description étant quelque peu inexacte[Quoi ?] dans cet ouvrage.
  • Le Rayon vert, installation de Marcel Duchamp réalisée pour l'Exposition internationale du surréalisme en 1947 à la Galerie Maeght à Paris (œuvre perdue, documentée par la photographie)[7].
  • Le Rayon vert, film d'Éric Rohmer de 1986 dont la dernière scène permet précisément d'observer un tel phénomène.
  • Le Rayon vert (bande dessinée, 1987 et 2009), album de Frédéric Boilet paru aux Impressions nouvelles où le phénomène du rayon vert joue un rôle essentiel.
  • Une légende associe le rayon vert au passage du monde des vivants au monde des morts, comme illustré dans le film Pirates des caraïbes : Jusqu'au bout du monde.[réf. souhaitée] .

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Thierry Lombry, « Ciel bleu et rayon vert » (consulté le 2 août 2010)
  2. ESO, « Rare Moon Green Flash Captured » (consulté le 29 mai 2013)
  3. Alain Cirou, « Une nuit à la belle étoile », Ciel et Espace,‎ 24 août 2009 (consulté le 23 juin 2010)
  4. (en)[PDF]A. Heck, « Strasbourg green rays » dans The Multinational History of Strasbourg Astronomical Observatory, 2005, p. 256 [1]
  5. Tschaen Louis, "Rétrospective de la lumière verte équinoxiale de la cathédrale de Strasbourg (1984-2009), in Revue XYZ. N°124-3e trimestre 2010 (Pages 49 à 56).
  6. « Conclusion : c'est donc entre 1950 et 1971 que le verre d'origine en question a été enlevé et remplacé par un verre transparent. En conséquence, ce n'est que de cette période que peut dater le phénomène lumineux équinoxial tel qu'il existe de nos jours. » L. Tschaen, « Rétrospective de la lumière verte équinoxiale de la cathédrale de Strasbourg (1984-2009) », Revue XYZ, 124, 2010, p. 54
  7. Herbert Molderings, "Le bonheur même. À la recherche du 'Rayon vert' de Marcel Duchamp", Retour d'y voir, 3-4, Genève, mamco | revue, 2010, p. 9-55 ; Dominique Radrizzani, Lemancolia, Lausanne, Les Éditions Noir sur Blanc, p. 186-203

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]