Au cours des dernières semaines, de nombreuses régions de France et du monde ont eu l’opportunité d’admirer un manteau neigeux recouvrir rues, toits et voitures. Qu’elle soit poudreuse ou dense, profonde ou superficielle, la neige est immédiatement reconnaissable grâce à son blanc immaculé. Flocons et manteau neigeux arborent en effet cette couleur blanche si caractéristique de ce phénomène atmosphérique. Mais, d’ailleurs, pourquoi la neige apparaît-elle blanche ?
Quand il s’agit de comprendre comment l’eau, une substance intrinsèquement claire, peut se transformer en quelque chose de blanc, Kenneth Libbrecht, professeur de physique au California Institute of Technology, utilise l’analogie suivante : « Si vous prenez un morceau de verre, comme une vitre, qui est évidemment transparente, mais ensuite sortez un marteau et écrasez la vitre en petits morceaux de verre… l’ensemble devient blanc ». Libbrecht explique que la clé de cette différence réside dans la façon dont la lumière interagit avec une seule surface, comme une fenêtre par rapport aux surfaces à multiples facettes comme le verre brisé, et que le même concept s’applique à la neige.
Neige blanche : une question d’optique
Selon la science de l’optique, lorsque la lumière frappe un objet, elle est soit transmise (elle traverse l’objet), soit absorbée (elle « s’intègre » dans l’objet), soit réfléchie (elle rebondit sur l’objet). Lorsque la lumière frappe une surface plane et lisse comme du verre ou de la glace, ses rayons visibles passent généralement directement à travers sans que leurs trajectoires ne soient perturbées. Comme nos yeux ne voient les objets qu’en traitant les ondes lumineuses réfléchies ou absorbées par ces objets, le verre et la glace semblent souvent clairs.
Cependant, dans le cas du verre brisé, d’innombrables surfaces inégales existent. Lorsque la lumière frappe ces surfaces irrégulières, elle se reflète et se disperse dans toutes les directions. Cela est également vrai pour les flocons de neige qui, selon l’University Corporation for Atmospheric Research, sont constitués de centaines de cristaux de glace minuscules de forme et de structure variables.
La lumière qui frappe les éclats de verre ou les flocons de neige étant réfléchie de manière égale, ces rayons incluent toutes les couleurs de longueur d’onde composites de la lumière visible (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet), qui sommées ensemble, donnent du blanc. C’est pourquoi notre œil perçoit du blanc quand nous regardons la neige.
Du bleu au rouge : les couleurs inhabituelles de la neige
Selon Libbrecht, le manteau neigeux, les icebergs et les glaciers peuvent parfois apparaître bleus lorsque la lumière y pénètre par des fissures et des crevasses (plutôt que de se refléter sur leurs surfaces) et est piégée. Alors que cette lumière se déplace dans la neige et la glace, d’innombrables cristaux de glace la dispersent au cours de son voyage. Plus elle va loin, plus elle se disperse.
L’eau et la glace « absorbant préférentiellement plus de lumière rouge que de lumière bleue », lorsque les rayons lumineux émergent enfin des couches de neige, ce sont les longueurs d’onde bleues plus courtes plutôt que les longueurs d’onde rouges plus longues qui se reflètent vers nos yeux. Plus la diffusion se répète longtemps, plus la teinte bleue sera perceptible. Le Centre national de données sur la neige et la glace suggère que des épaisseurs de neige d’au moins quelques centimètres sont nécessaires pour percevoir la moindre teinte bleutée.
De la neige teintée de rose ou de rouge — surnommée « neige pastèque » — a également été documentée. Sa couleur provient d’un type d’algue d’eau douce de couleur rouge évoluant dans le froid et vivant dans le manteau neigeux. De même, d’autres particules et organismes peuvent également teinter la neige. Pour cette raison, Libbrecht admet que, hypothétiquement, la neige pourrait prendre n’importe quelle couleur de l’arc-en-ciel.