La couleur des éclairs

[ggdu19]

Bonjour à tous,

J'aurais voulu savoir, s'il y avait une explication à la couleur des éclairs lors des dégradations orageuses. Blanc, violet, parfois orangé qu'es ce qui leur donne ces couleurs?

[Albigeois-du-30]

Une question d'environnement sec ou humide serait à l'origine de cette différence (blanc en air sec je crois bien et rouge en saturation d'eau...), c'est tout ce que je peux avancer comme hypothèse, en espérant que quelqu'un te seras plus didactique. Bonne soirée.

[Météodu37]

Eclair blanc dans de l'air sec, éclair jaune en présence d'une grande quantité de poussières/sables, éclair rouge quand il y a beaucoup de pluie et bleu quand il y a de la grêle.

[ggdu19]

Eclair blanc dans de l'air sec, éclair jaune en présence d'une grande quantité de poussières/sables, éclair rouge quand il y a beaucoup de pluie et bleu quand il y a de la grêle.

Merci bien! /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Invité]

Eclair blanc dans de l'air sec, éclair jaune en présence d'une grande quantité de poussières/sables, éclair rouge quand il y a beaucoup de pluie et bleu quand il y a de la grêle.

Malheureusement, c'est faux. C'est une idée assez répandue dans la communauté alors que la réalité est bien plus complexe que cela.

Voici un de mes tutos que j'ai réalisé pour Extrême Météo et mon blog:

Comment se forme la foudre ? Tuto #4 : Tout au long d'une année, quand on observe des orages, on constate que la couleur des éclairs varie d'un orage à l'autre. Un jour, on voit un orage avec des éclairs rouges. Un autre jour, on observe des éclairs bleus ou violets. Mais à quoi cela est-il du ? On entend souvent que les éclairs rouges correspondent à des orages pluvieux, les éclairs bleus à des orages grêligènes, des éclairs blancs à des orages secs et des éclairs jaunes à des orages évoluant dans un air poussiéreux. Il est temps à Extrême météo de mettre fin à se mythe. Tout cela est totalement faux ! Le phénomène est bien plus complexe que cela. Avant toute chose, intéressons-nous à la lumière. La lumière est une onde corpuscule. Que cela signifie-t-il ? Cela signifie que la lumière est une onde mais aussi une particule. Cette particule qui représente la lumière se nomme photon. Le processus qui est à l'origine de la lumière (et donc des photons) de l'éclair provient de l'ionisation de l'air. Nous avons vu précédemment que l'air ionisé ou le plasma est composé d'ions (négatifs et positifs) et d'électrons libres. Ces ions étaient à l'origine des atomes. Ces atomes sont composés d'un noyau et d'un ou plusieurs électrons rassemblés dans plusieurs couches électroniques (couches k, l, m,…). Les couches les plus éloignées du noyau sont les couches les plus énergétiques mais moins dépendantes du noyau. Un électron dans ces couches a plus de chance de se détacher qu'un électron se situant à proximité du noyau. Chaque électron possède la même énergie que sa couche électronique. Pour qu'il y ait une émission de photon, 4 processus sont possibles. Le premier processus est tout simplement le processus d'ionisation (ion négatif seulement). Lorsque l'électron est capturé par l'atome, ce dernier possède un trop plein d'énergie et il est obligé de l'évacuer. Un photon sera donc émis pour libérer ce trop plein d'énergie. Le second processus est celui de l'avalanche d'électrons. Nous avons vu dans le tutoriel précédent qu'un électron possédant une très forte énergie peut arracher un électron en heurtant un atome. Si cet électron était dans une couche inférieure de l'atome, ce dernier laissera un vide que l'atome essaiera de combler. Un électron situé dans une couche supérieure va donc se déplacer vers la couche inférieure. Mais cet électron devra délaisser une partie de son énergie car comme nous l'avons vu plus haut, les couches supérieures sont plus énergétiques que les couches inférieures et chaque électron doit posséder la même énergie que sa couche électronique. Un photon sera donc émis pour libérer ce trop plein d'énergie. Le troisième processus est plus complexe. Quand un électron trop peu énergétique pour être capturé par un atome circule à côté d'un d'entre eux, sa trajectoire va être modifiée car il est attiré par ce dernier. Pour perdre un peu de son énergie cinétique, un photon devra être émis. Un superbe schéma explicitant les trois premiers processus a été réalisé par le site « Je comprend… Enfin ! » Le quatrième processus est très semblable au second mais il n'est pas du à la collision avec un électron. Dans un plasma, il existe un autre de type de particule que j'ai omis volontairement dans mon second tutoriel sur la foudre. Il s'agit de l'atome excité. De quoi s'agit-il ? Un atome devient excité à cause d'un électron d'une couche inférieure qui s'est déplacé vers une couche supérieure à cause d'un surplus d'énergie (un photon) qu'il a absorbé. Cependant, cela rend l'atome instable. Il va donc essayer de revenir à son état initial en se désexcitant. Pour que l'électron puisse retourner dans sa couche électronique initiale, il devra émettre un photon. La lumière de l'éclair a donc pour origine ces 4 processus. Mais qu'en est-il de sa couleur ? La longueur d'onde est une grandeur physique qui définie la couleur. Dans le visible, la longueur d'onde s'étend de 390 nm à 780 nm. Les longueurs d'onde les plus courtes tendent vers le bleu et les plus longues vers le rouge. La longueur d'onde de la lumière émise par les différents processus cités plus haut dépend des niveaux énergétiques de ces atomes. Les niveaux énergétiques sont différents en fonction du type d'atome. Dans l'atmosphère, les principaux atomes présents sont l'azote et l'oxygène et ces derniers ne possèdent pas les mêmes niveaux énergétiques. Ainsi, la longueur d'onde sera différente pour un photon provenant d'un atome d'oxygène et celui provenant d'un atome d'azote. L'azote a tendance à tendre vers le rouge et l'oxygène vers le vert/bleu. Si on assemble les différentes longueurs d'onde provenant des atomes d'oxygène et d'azote, on aura une couleur pourpre (un mélange de rouge et de bleu), la couleur la plus fréquente chez les éclairs. De plus, si l'excitation est très forte, la longueur d'onde sera plus courte et aura tendance à aller vers le bleu. Si elle est faible, la longueur d'onde sera plus longue et aura tendance à aller vers le rouge. L'eau (pluie, grêle) et les poussières peuvent-ils avoir une influence sur la couleur de l'éclair ? L'azote représente 78 % de l'atmosphère et l'oxygène 21 %. L'eau et les autres particules en suspension dans l'air ne représentent qu'un pour cent de l'atmosphère (voir 2 % si l'air est très saturé en eau). Elles ne peuvent donc avoir une influence sur la couleur de l'éclair.

Image 1: RobertsixImage 2: Je comprends...Enfin!Image 3: TPE Bioluminescence e-monsite .comImage 4: UVED (Université Virtuelle Environnement Développement durable)

[ggdu19]

Malheureusement, c'est faux. C'est une idée assez répandue dans la communauté alors que la réalité est bien plus complexe que cela.

Voici un de mes tutos que j'ai réalisé pour Extrême Météo et mon blog:

Comment se forme la foudre ? Tuto #4 : Tout au long d'une année, quand on observe des orages, on constate que la couleur des éclairs varie d'un orage à l'autre. Un jour, on voit un orage avec des éclairs rouges. Un autre jour, on observe des éclairs bleus ou violets. Mais à quoi cela est-il du ? On entend souvent que les éclairs rouges correspondent à des orages pluvieux, les éclairs bleus à des orages grêligènes, des éclairs blancs à des orages secs et des éclairs jaunes à des orages évoluant dans un air poussiéreux. Il est temps à Extrême météo de mettre fin à se mythe. Tout cela est totalement faux ! Le phénomène est bien plus complexe que cela. Avant toute chose, intéressons-nous à la lumière. La lumière est une onde corpuscule. Que cela signifie-t-il ? Cela signifie que la lumière est une onde mais aussi une particule. Cette particule qui représente la lumière se nomme photon. Le processus qui est à l'origine de la lumière (et donc des photons) de l'éclair provient de l'ionisation de l'air. Nous avons vu précédemment que l'air ionisé ou le plasma est composé d'ions (négatifs et positifs) et d'électrons libres. Ces ions étaient à l'origine des atomes. Ces atomes sont composés d'un noyau et d'un ou plusieurs électrons rassemblés dans plusieurs couches électroniques (couches k, l, m,…). Les couches les plus éloignées du noyau sont les couches les plus énergétiques mais moins dépendantes du noyau. Un électron dans ces couches a plus de chance de se détacher qu'un électron se situant à proximité du noyau. Chaque électron possède la même énergie que sa couche électronique. Pour qu'il y ait une émission de photon, 4 processus sont possibles. Le premier processus est tout simplement le processus d'ionisation (ion négatif seulement). Lorsque l'électron est capturé par l'atome, ce dernier possède un trop plein d'énergie et il est obligé de l'évacuer. Un photon sera donc émis pour libérer ce trop plein d'énergie. Le second processus est celui de l'avalanche d'électrons. Nous avons vu dans le tutoriel précédent qu'un électron possédant une très forte énergie peut arracher un électron en heurtant un atome. Si cet électron était dans une couche inférieure de l'atome, ce dernier laissera un vide que l'atome essaiera de combler. Un électron situé dans une couche supérieure va donc se déplacer vers la couche inférieure. Mais cet électron devra délaisser une partie de son énergie car comme nous l'avons vu plus haut, les couches supérieures sont plus énergétiques que les couches inférieures et chaque électron doit posséder la même énergie que sa couche électronique. Un photon sera donc émis pour libérer ce trop plein d'énergie. Le troisième processus est plus complexe. Quand un électron trop peu énergétique pour être capturé par un atome circule à côté d'un d'entre eux, sa trajectoire va être modifiée car il est attiré par ce dernier. Pour perdre un peu de son énergie cinétique, un photon devra être émis. Un superbe schéma explicitant les trois premiers processus a été réalisé par le site « Je comprend… Enfin ! » Le quatrième processus est très semblable au second mais il n'est pas du à la collision avec un électron. Dans un plasma, il existe un autre de type de particule que j'ai omis volontairement dans mon second tutoriel sur la foudre. Il s'agit de l'atome excité. De quoi s'agit-il ? Un atome devient excité à cause d'un électron d'une couche inférieure qui s'est déplacé vers une couche supérieure à cause d'un surplus d'énergie (un photon) qu'il a absorbé. Cependant, cela rend l'atome instable. Il va donc essayer de revenir à son état initial en se désexcitant. Pour que l'électron puisse retourner dans sa couche électronique initiale, il devra émettre un photon. La lumière de l'éclair a donc pour origine ces 4 processus. Mais qu'en est-il de sa couleur ? La longueur d'onde est une grandeur physique qui définie la couleur. Dans le visible, la longueur d'onde s'étend de 390 nm à 780 nm. Les longueurs d'onde les plus courtes tendent vers le bleu et les plus longues vers le rouge. La longueur d'onde de la lumière émise par les différents processus cités plus haut dépend des niveaux énergétiques de ces atomes. Les niveaux énergétiques sont différents en fonction du type d'atome. Dans l'atmosphère, les principaux atomes présents sont l'azote et l'oxygène et ces derniers ne possèdent pas les mêmes niveaux énergétiques. Ainsi, la longueur d'onde sera différente pour un photon provenant d'un atome d'oxygène et celui provenant d'un atome d'azote. L'azote a tendance à tendre vers le rouge et l'oxygène vers le vert/bleu. Si on assemble les différentes longueurs d'onde provenant des atomes d'oxygène et d'azote, on aura une couleur pourpre (un mélange de rouge et de bleu), la couleur la plus fréquente chez les éclairs. De plus, si l'excitation est très forte, la longueur d'onde sera plus courte et aura tendance à aller vers le bleu. Si elle est faible, la longueur d'onde sera plus longue et aura tendance à aller vers le rouge. L'eau (pluie, grêle) et les poussières peuvent-ils avoir une influence sur la couleur de l'éclair ? L'azote représente 78 % de l'atmosphère et l'oxygène 21 %. L'eau et les autres particules en suspension dans l'air ne représentent qu'un pour cent de l'atmosphère (voir 2 % si l'air est très saturé en eau). Elles ne peuvent donc avoir une influence sur la couleur de l'éclair.

Image 1: RobertsixImage 2: Je comprends...Enfin!Image 3: TPE Bioluminescence e-monsite .comImage 4: UVED (Université Virtuelle Environnement Développement durable)

Merci beaucoup pour cette explication très technique!

[Christophe Suarez]

J'ai l'impression que les éclairs lointains sont souvent dans le rouge et les éclairs proches plus volontiers dans le bleu/violet. Lorsqu'ils sont très proches, je les vois blancs. Pourrait-il simplement s'agir du même phénomène que pour le soleil au couchant : plus ils sont lointains moins certaines longueurs d'ondes sont transmises et réciproquement ?

[Invité]

La question est très intéressante mais je ne peux pas t'en dire beaucoup à ce sujet puisque je n'ai pas encore étudié l'optique atmosphérique.

Pour des éclairs pendant la nuit, j'ai peut-être une idée.

Je me demande si les lumières des villes n'ont pas une influence sur notre perception. Le ciel est plus orangé à l'horizon et je crois que cela a une influence sur la perception de la couleur de l'éclair, d'où la couleur "rouge" de l'éclair.

Par contre, si tu vois tout le temps des éclairs rouges à l'horizon le jour, je ne peux pas l'expliquer.

Pour les éclairs blancs lorsqu'ils sont proches, là, c'est normal /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20"> L'oeil est plus sensible à la luminosité qu'aux couleurs. Le phénomène ne durant que quelques centièmes de seconde, l'oeil "n'a pas eu le temps d'observer la couleur" (c'est très très mal dit mais c'est pour te donner une idée).

Le jour, les éclairs proches ou se produisant à une certaine distance paraissent également blanchâtre mais cela est du à la lumière du soleil et aux couleurs environnantes.

[Tristan06]

J'ai l'impression que les éclairs lointains sont souvent dans le rouge et les éclairs proches plus volontiers dans le bleu/violet. Lorsqu'ils sont très proches, je les vois blancs. Pourrait-il simplement s'agir du même phénomène que pour le soleil au couchant : plus ils sont lointains moins certaines longueurs d'ondes sont transmises et réciproquement ?

D'accord avec toi Christophe, plus l'orage est lointain plus la couleur des éclairs sera rougeâtre, d'après mes observations sur la Méditerranée(pas de pollution lumineuse donc), à plus de 100/150km il apparaîtra rouge/orange, entre 50 et 100km plutôt vers le jaune, plus proche plutôt violacé, et moins de 20km entre le bleu et le blanc, ces distances sont approximatives cela dit

Ces couleurs dépendent aussi de la pureté de l'atmosphère, si l'humidité est très présente il tireront plus rapidement vers les couleurs citées précédemment( à une distance plus faible autrement dit ) et inversement.

L'hypothèse d'une dispersion et/ou diffraction plus importante des ondes en augmentant la distance de l'orage me semble en effet plausible, comme tu le dis on peut le comparer au coucher de soleil. La diffraction pourrait aussi se faire plus importante avec une atmosphère plus humide (comme pour les arc-en-ciel en fait ) et donc faire varier plus facilement la longueur d'onde de la lumière de l'éclair.

A rajouter à tout ça comme dit au-dessus un problème de perception des couleurs de nos yeux, lors d'orages proches nous recevons trop de lumière d'un coup et ceux-ci nous paraissent donc blancs, c'est un peu comme allumer une lampe en pleine nuit et regarder directement l'ampoule, au premier abord, impossible de dire la couleur de la lampe que l'on allume car nous sommes aveuglés temporairement, vu la durée d'un éclair, cet aveuglement temporaire est bien trop long pour que notre œil puisse analyser la couleur du dit éclair.

C'est en tout cas une question qui mérite d'être creusée !

[Invité]

Tes observations sont très intéressantes Tristan! Elle confirmerait donc un possible rôle de la diffraction par les molécules dans la couleur d'un éclair lointain.

Il faudrait toutefois étudier ce phénomène sur de longues années pour en avoir le coeur net.