Nuages et particules

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Particules et visibilité

Lorsqu'on parle de pollution de l'air, on pense souvent à une dégradation de la visibilité. La visibilité est la plus grande distance à laquelle un observateur peut voir quelque chose de grand et de foncé, devant le ciel à l'horizon. Plusieurs facteurs influent sur la distance à laquelle on peut visualiser quelque chose: les caractéristiques de l'atmosphère, la luminosité du ciel et de ce qu'on observe, les propriétés de l'oeil humain et le jugement psychologique de l'observateur. Nous nous limiterons ici à l'étude des constituants atmosphériques qui interfèrent avec la visibilité.

La lumière dans l'atmosphère

La lumière est une énergie qui se déplace sous forme d'ondes. La longueur d'ondes est la distance entre deux crêtes d'onde (flèche verte sur la figure 1). La lumière du soleil nous semble blanche alors qu'elle est en réalité composée de plusieurs couleurs (que vous visualisez grâce à un prisme ou dans un arc-en-ciel). Les couleurs ont des longueurs d'ondes, des fréquences et des énergies variables. Le violet a la longueur d'onde la plus courte du spectre visible, tandis que le rouge a la longueur d'onde la plus grande.

La lumière a une trajectoire rectiligne, tant que rien ne l'en empêche. Dans l'espace, la lumière d'une lampe-torche ne serait visible que pour celui qui se situerait dans le faisceau de la lampe. C'est différent dans notre atmosphère: lorsque la lumière se déplace, elle avance tout droit, jusqu'à rencontrer une particule ou une molécule de gaz. Ce qui arrive alors à la lumière dépend de sa longueur d'onde et de la taille de ce qu'elle frappe.

Les molécules de gaz et les particules atmosphériques sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière visible. Quand la lumière frappe une molécule de gaz, la molécule absorbe et diffuse la lumière dans une direction différente. C'est pour cette raison qu'on peut voir la nuit la faisceau d'une lampe de poche ou les lasers d'une discothèque, même si nous ne sommes pas dans le trajet lumineux.
Les couleurs qui composent la lumière réagissent différemment. Cette diffusion, nommée diffusion de Rayleigh, est plus efficace lorsque les longueurs d'ondes sont courtes (couleur bleue). C'est pour cela que le ciel nous apparaît bleu.

La diffusion de la lumière par les particules

Si la visibilité est réduite, c'est parce que les particules de l'air entre l'observateur et ce qu'il regarde absorbent ou diffusent la lumière du soleil. La diffusion de la lumière par les particules est la principale cause de la baisse de visibilité; mais la lumière peut aussi être absorbée par les constituants de l'atmosphère: par exemple, le carbone-suie, ou le NO₂ sont particulièrement efficaces pour absorber la lumière.

Si l'atmosphère ne contenait pas du tout de particules, la visibilité serait de 300 km au niveau de la mer. En haut du Mont Blanc, on pourrait même voir jusqu'à 500 km! 

La taille, la concentration et la nature chimique des particules influent sur la visibilité. Ce sont les plus petites particules (et particulièrement celles entre 0,1 et 1 µm) qui réduisent le plus la visibilité. Ces petites particules sont souvent d'origine humaine. A Los Angeles, la visibilité peut passer de presque 90 km les jours clairs à  8 km lors de certains épisodes de pollution.

L'humidité de l'air peut aussi majorer les effets négatifs de la pollution sur la visibilité: les plus petites particules, de part les composés solubles qu'elles contiennent parfois, peuvent grossir jusqu'à atteindre 7 fois leur taille sèche. Ceci augmente considérablement la diffusion de la lumière et diminue encore la visibilité.

La perception humaine

L'augmentation des fines particules dans l'atmosphère cause donc une réduction de la visibilité, qui est considérée comme un indicateur de bonne ou mauvaise qualité de l'air. La perception qu'ont les gens d'une mauvaise visibilité est variable suivant les environnements considérés: on accepte moins facilement que la visibilité soit dégradée dans un environnement sauvage que dans une zone urbaine. Lors d'une étude sur la visibilité dans une ville, les gens interrogés ont déclaré que la visibilité était acceptable lorsqu'on pouvait voir jusqu'à 50 km.

A propos de cette page...
Auteur: Justine Gourdeau, LaMP Clermont-ferrand, France.
Relecteur scientifique: Dr Paolo Laj, LaMP, France.
Date de création: 25.11.2003. Dernière version: 13.05.2004.