spectre solaire |
Les longueurs d'onde de la lumière
visible vont de 0,4 mm (violet) à 0,7
mm
(rouge), la correspondance entre fréquences et couleurs est donnée
approximativement dans le tableau suivant :
|
||||||
figure 3.9 : Evolution du spectre de la lumière naturelle dans l'air et dans l'eau. |
La lumière en provenance du soleil est atténuée
par l'atmosphère avant d'atteindre la surface de l'eau (figure
3.9) ; sous l'eau on constate que l'atténuation est considérable,
les infrarouges sont absorbés dans le premier mètre et peu
de lumière atteint les 100 mètres. Au delà de 1000
mètres c'est la nuit noire.
Comme dans tous les milieux deux phènomènes contribuent
à l'atténuation de la lumière : L'absoption
et la diffusion.
|
||||||
|
et la diffusion |
L'absoption de la lumière
dans la mer c'est l'absorption de l'énergie des photons
par transition de niveau d'énergie des atomes et des molécules
constituants l'eau de mer. Les différentes concentrations de ces
constituants et les différents niveaux d'énergie excitables
déterminent la façon dont les différentes longueurs
d'onde composant le spectre de la lumière sont absorbées.
Du fait de la grande variété des constituants de l'eau de
mer, l'analyse théorique de l'interaction entre la lumière
et chacun de ces constituants est pratiquement impossible. Cela nous conduit
à ne considérer que les constituants pour lesquels un effet
sur le spectre d'absorption a été mis en évidence
expérimentalement.
Le premier constituant de l'eau de mer c'est l'eau ! L'eau pure est pour la lumière un milieu très absorbant, en particulier pour les infrarouges. Au second rang, du point de vue de l'absorption on trouve les substances organiques en suspension. Par contre, la plupart des substances composant le sel marin ont peu d'effet sur l'absorption de la lumière dans l'eau. Il n'y a pratiquement pas de différence entre le spectre d'absorption d'une eau de mer très claire et celui de l'eau distillée. La diffusion de la lumière est un phénomène
physique que l'on rencontre lorsque des inhomogénéités
optiques du milieu provoquent des changements aléatoires de la direction
des rayons lumineux. Cela est dû par exemple à la présence
de particules en suspension ou de particules constituées de molécules
d'eau de densité différente du milieu environnant. Pour les
grosses particules la diffusion est le résultat de la réflexion,
réfraction et diffraction par de telles particules. Lorsque les
dimensions des particules sont inférieures à la longueur
d'onde considérée, comme c'est fréquemment le cas
pour l'eau de mer, l'optique géométrique ne suffit plus à
expliquer la diffusion et il faut faire appel à la théorie
des ondes électromagnétiques.
|
||||||
figure 3.10 : atténuation
de la lumière sous l'eau
|
L'atténuation de la lumière
sous l'eau est essentiellement due à l'absorption, la diffusion
ayant une moindre importance. Cette atténuation est fonction de
la longueur d'onde et des caractéristiques physiques et chimiques
de l'eau de mer. Cette propriété optique apparente de l'eau
de mer permet de la caractériser et donne des informations sur la
densité, les concentrations des matières en suspension et
la productivité biologique.
Pour un éclairement naturel de la mer par le soleil, l'intensité
lumineuse à une longueur d'onde donnée La figure 3.10 représente l'évolution du coefficent d'atténuation verticale de l'eau de mer en fonction de la longueur d'onde. |
||||||
Les
couleurs de la mer
 |
La couleur de la mer s'étend
du bleu au vert. Le bleu indigo caractérise les mers tropicales
et équatoriales, lorsqu'il y a peu de production biologique. A des
latitudes plus grandes, la mer est bleu-vert voir verte dans les
régions polaires. Les eaux côtières sont en général
verdâtres.
Il y a deux facteurs contribuant à la couleur bleu de l'océan aux faibles latitudes, lorsqu'il y a peu de production biologique. En eau profonde, lorsque l'on regarde sous l'eau, la lumière que l'on voit est celle diffusée par les molécules d'eau. La diffusion étant plus importante pour les petites longueurs d'onde (bleu) que pour les grandes longueurs d'onde, l'eau parait bleue. De plus les composantes rouges et jaunes de la lumière solaire sont absorbées en quelques mètres, la seule composante susceptible d'être diffusée est donc le bleu. Dans les régions où la productivité biologique est importante, la chlorophylle contenue dans le phytoplancton absorbe la composante bleue et la lumière se décale vers le vert.
|
||||||
La
mer vue de l'espace
figures 3.11 et 3.12 : mesure de la lumière émise par l'océan |
La mesure de la lumière émise par l'océan (réflexion et rétrodiffusion) à certaines longueurs d'onde donne des informations quantitatives sur la teneur en éléments organiques et autres matériaux en suspension des couches de surface. L'interprétation de ces mesures apporte des résultats importants pour l'étude de la photosynthèse et donc du cycle du carbone, sur l'interaction du vent et des courants avec la biologie de l'océan ainsi que sur l'influence de l'activité humaine sur l'environnement océanique. |
varie en fonction de la profondeur suivant la loi :
: intensité de la lumière à la surface
:
coefficient atténuation verticale de l'eau de mer.