Pourquoi la mer est-elle bleue ? L’explication scientifique simple !

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C’est incontestable, la mer est bleue dans son paysage naturel. Mais quand on la met dans un récipient, comme une bouteille, elle devient transparente. Voici les explications selon les lois fondamentales de la physique et de l’optique !

Il est parfois tentant de penser que la couleur bleue de la mer est le reflet du ciel bleu qui s’étend au-dessus d’elle. De plus, cette couleur n’est pas constante, on peut empiriquement constater qu’elle change en fonction de l’environnement et du climat. Par exemple, quand le temps est nuageux et agité, l’océan perd sa couleur bleutée et semble virer au gris… Il y a même des mers vertes et des mers rouges… Mais pourquoi ? En vérité, il s’agit d’un phénomène optique simple. Pour le comprendre, il faudra par contre revenir sur un rappel de quelques notions physiques basiques.

Une autre raison, en fait plus importante, est la diffusion de photons d’énergies par le rayonnement solaire. C’est ce qui contribue essentiellement à rendre la mer bleue.

Le rayonnement solaire

Le soleil est un astre à fusion nucléaire. Il diffuse une énergie colossale sous forme d’ondes électromagnétiques qui parvient jusqu’à nous. C’est ce que l’on appelle rayonnement solaire. Ces ondes peuvent être visibles ou invisibles pour l’œil humain.

L’ionosphère et l’atmosphère réfléchissent une partie du rayonnement, tandis que d’autres arrivent à la surface des nuages, des océans ou des continents. On peut les classifier en deux catégories : les ondes courtes et les ondes longues.

Les rayons à ondes courtes 

Les rayons à ondes courtes sont extrêmement nocifs. Heureusement, l’atmosphère et la couche d’ozone constituent de véritables boucliers qui les empêchent de nuire à la vie. Ils comprennent notamment :

  • Les rayons X
  • Les rayons bêta
  • Les rayons UVC
  • Les rayons gamma

Les rayons à ondes longues

Les rayons à ondes longues sont ceux qui parviennent à la surface de la terre. Ce sont principalement :

  • Les Ultraviolets  
  • La lumière visible
  • Les infrarouges

Le spectre lumineux visible

Plusieurs couleurs composent la lumière blanche naturelle, laquelle correspond à une plage lumineuse et à une fréquence bien définie.

Pour pouvoir expliquer la couleur de la mer, il faut s’intéresser au spectre visible, plus précisément entre les fréquences 380 à 780 nanomètres (nm). Il représente environ 39 % de la lumière atteignant la surface de la terre.

On a tous pu admirer la couleur éblouissante d’un arc-en-ciel. Eh bien, ces couleurs correspondent exactement au spectre perceptible par l’œil humain. Ils sont en général au nombre de sept, dont le rouge, le jaune, le vert, le bleu, le violet, l’orange et l’indigo.

Un arc-en-ciel et des végétaux ventillés

Une partie est réfléchie selon l’albédo de la surface frappée. Une autre partie sera absorbée sous forme de chaleur. Une autre, encore, est exploitée par des organismes vivants, comme les végétaux pratiquant la photosynthèse.

L’albédo

C’est la quantité de lumière réfléchie selon la nature de la matière touchée. Plus une surface est réfléchissante, plus son albédo est élevé. Par exemple, celui de la neige fraîche est de 0,87, ce qui signifie que 87 % de l’énergie solaire est réfléchie par ce type de neige.

Dans le cas de la mer, l’angle d’incidence du soleil joue un rôle considérable dans l’intensité de son albédo. Quand elle est basse sur l’horizon, son albédo est d’environ 15 %. Elle peut atteindre les 60 % quand le soleil est plus haut.

Cela a un impact sur la couleur de la mer. Dans les zones polaires, en effet, la mer est bleu-vert, tandis que dans les mers tropicales et équatoriales, elle vire au bleu indigo.

Mais d’où vient donc la couleur bleue de la mer ?

L’absorption et la réflexion 

Depuis longtemps, on a pensé que la couleur bleue de la mer provient du reflet du ciel. C’est exact, elle peut contribuer à colorer l’eau de mer, mais seulement en une infime partie.

Une autre raison, en fait plus importante, est la diffusion de photons d’énergies par le rayonnement solaire. C’est ce qui contribue essentiellement à rendre la mer bleue.

Les rouges, les jaunes et l’orange représentent les photons de moindre énergie. Les molécules présentes dans l’eau les absorbent avec facilité.

Par contre, les plus énergiques du spectre correspondent au violet et au bleu. Ils sont beaucoup plus difficiles à absorber. Ils sont réfléchis par les molécules d’eau, attribuant à la mer son aspect tel que nous la voyons.

L’eau absorbe faiblement les longueurs d’ondes. Il en faut donc de grandes quantités pour que le bleu se manifeste.

VOIR AUSSI : Pourquoi la mer est-elle salée ?

Le rôle de la profondeur

Au fur et à mesure que l’on avance dans la profondeur, le nombre de particules en suspension augmente. Ce qui a pour conséquence de refléter la couleur des spectres non absorbés qui, dans ce cas, est le bleu.

Voilà pourquoi l’eau dans une bouteille est transparente, ’eau d’une piscine légèrement bleue et enfin l’eau de mer d’une bleue prononcée.

Voici un rapport absorption-profondeur de quelques couleurs du spectre de lumière dans l’océan.

  • Le rouge : sera la première absorbée. Elle n’est plus visible au-delà de 25 m.
  • Le jaune : va un peu plus loin à environ 100 m de profondeur.
  • Le vert : peut aller jusqu’à 250 m.
  • Le bleu et violet :  possèdent des longueurs d’ondes leur permettant de pénétrer à de profondeurs supérieures, ils sont perceptibles jusqu’à 500 m.          

Les changements temporaires de couleurs

Le climat peut aussi influer sur la couleur de la mer. On peut constater parfois que la mer est grisâtre quand le temps est moins clair. L’agitation de l’eau due à la tempête perturbe la réflexion des couleurs. Et le vent, parfois violent, impacte la diffusion des photons. Elles sont remuées et mises en suspension.

Mer grisâtre avec un temps troublé

Par ailleurs, si l’eau est calme et transparente, la couleur du fond proche peut influer sur la couleur apparente de l’eau. C’est pourquoi, par exemple, le sable fait paraître la mer gris-jaune.

Les autres couleurs de la mer

La mer verte

Dans les milieux favorables aux phytoplanctons photosynthétiques comme les algues par exemple, il arrive que les eaux adoptent une couleur verte. C’est parce que les ondes bleues sont absorbées plus rapidement par la chlorophylle. Dans cette configuration, le vert devient la seule longueur d’onde visible qui ne soit pas absorbée.

Une mer verte avec une tortue

C’est un phénomène de plus en fréquent depuis quelques années sur les côtes françaises : la mer verte, et même carrément vert fluo. Ce serait notamment lié au réchauffement climatique, qui favoriserait la prolifération de la microalgue Lepidodinium chlorophorum.

La mer rouge

Depuis plusieurs années, désormais, on peut observer un changement de couleur de l’eau sur le littoral Atlantique, plus précisément, le long de la côte sud du Bretagne. Pendant ce changement saisonnier, l’eau devient rouge – marron. Ce phénomène est provoqué par la multiplication rapide d’une algue appelée Lingulodinium Polyedra.

Une mer rouge sang

De la famille des phytoplanctons, ces espèces sont aussi bioluminescentes, c’est-à-dire qu’elles émettent une lumière de couleur bleue. Ce spectacle est saisissant lorsqu’il est observé dans la nuit. Cette prolifération massive résulte de l’abondance d’apport en nutriments et lorsque la température est favorable, ils se développent rapidement.

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