Des colonnes de lumières colorées dans le ciel : illusion ou réalité ?

Quel étonnant spectacle offre parfois le ciel d’hiver strié de colonnes de lumière colorées (Fig. 1) ! Comme elles s’élèvent verticalement, on a l’impression que ce sont les faisceaux de projecteurs révélés par la nébulosité de l'atmosphère. En fait, il n'en est rien ! Ce ne sont que des illusions d'optique, de même que la colonne lumineuse observée parfois au-dessus du Soleil, dénommée pilier solaire (Fig. 2) ! Dans quelles conditions ces colonnes sont-elles observées ? Pourquoi s'agit-il d'illusions ?

Fig. 1. Des colonnes lumineuses apparaissent au-dessus de diverses sources de lumière lorsque l'atmosphère est chargée de très fins cristaux de glace. Crédit & copyright : Walter Tape (Alaska Firbanks)

Fig. 2. La colonne lumineuse qui se forme parfois au-dessus du Soleil est appelée pilier solaire. Crédit : Thorod / Wikimedia Commons

Lumière sur des cristaux de glace flottant dans l'atmosphère1,2

Commençons par le pilier solaire. Il s'observe lorsque le Soleil est bas sur l’horizon et que l’atmosphère est chargée de très fins cristaux de glace, essentiellement sous forme de plaquettes mais aussi de baguettes, constituant un poudrin de glace. Une condition essentielle : l'atmosphère doit être calme (conditions anticycloniques) de telle sorte que les cristaux tombent comme des feuilles mortes en se balançant légèrement autour de la verticale. Ainsi, la réflexion de la lumière sur la face inférieure des nombreux cristaux conduit un observateur au sol à percevoir des images virtuelles décalées du Soleil (de faux Soleils en quelque sorte) (Fig. 3). Ce qui donne l’illusion d’une colonne lumineuse au-dessus de l'astre. Ces colonnes sont de la couleur du Soleil et apparaissent donc, selon les cas, jaune, orangé ou rouge puisque ce dernier est bas sur l’horizon et que la lumière qui nous parvient est appauvrie en courtes longueurs d'onde (violet, bleu) par diffusion de la lumière.1

Fig. 3. Colonne lumineuse ou pilier solaire. La réflexion du Soleil sur des cristaux en forme de plaquettes (ou de baguettes) à diverses altitudes conduit à un empilement d’images du Soleil vues par un observateur. Ce dernier a alors l’illusion d’une colonne lumineuse. Seuls quelques rayons lumineux pénétrant dans l’œil de l’observateur sont représentés. © Bernard Valeur

Si l’observateur se trouve dans un avion, c'est la réflexion de la lumière sur la face supérieure des cristaux qui fait percevoir à ce dernier une colonne de lumière en dessous du Soleil. La Lune elle-même produit parfois ce type d'effet.

Une contribution fâcheuse à la pollution lumineuse par les éclairages des villes

Les colonnes lumineuses apparaissant au-dessus des villes (Fig. 1) s'expliquent de la même façon que le pilier solaire. Elles restituent les couleurs des sources lumineuses qui leur donnent naissance : lampadaires, enseignes lumineuses, etc. La contribution de ces colonnes à la pollution lumineuse est évidente.

C'est l'occasion de rappeler les effets négatifs de la pollution lumineuse due, d'une façon générale, à l’abus de sources de lumière allumées inutilement la nuit.3 Elle bouleverse la vie de nombreux animaux en affectant leurs capacités d’orientation et en altérant leurs rythmes biologiques. Elle perturbe également nos propres horloges biologiques régulées par l’alternance jour-nuit et affecte ainsi la sécrétion d’hormones, la mélatonine en particulier. En outre, la pollution lumineuse gêne considérablement l’observation du ciel, ainsi que le déplorent les astronomes. Un cinquième de la population mondiale et plus de la moitié de la population de l’Union européenne ne peuvent plus voir la Voie lactée à l’œil nu lorsque le ciel est néanmoins dégagé. « Il est grand temps de rallumer les étoiles », disait Guillaume Apollinaire.

Références

1B. Valeur, Lumière et Luminescence. Ces phénomènes lumineux qui nous entourent, Belin, 2017 (2e éd.).

2F. Suagher, J.-P. Parisot, Jeux de lumière. Les phénomènes lumineux du ciel, Cêtre, 1995.

3 « Un arrêté stoppe enfin la pollution lumineuse », Ciel et Espace, 19.02.2019

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