Pourquoi la neige est-elle blanche ?
La neige est blanche, mais il y a plusieurs nuances de blanc, et elle revêt même parfois d’autres teintes, plus originales. Plongée entre physique et météo avec la directrice du Centre d’études de la neige basé à Grenoble.
Par Marie Dumont
D’une blancheur immaculée qui scintille au soleil, la neige quand elle recouvre le sol à le pouvoir de transformer les paysages en quelque chose de magique. Mais pourquoi est-elle blanche ? Elle est constituée de glace et d’air et les glaçons qui sortent de notre congélateur ne sont pas blancs, ils sont transparents ! Alors comment est-ce possible ?
La neige est blanche justement parce que la glace est transparente. Lorsque l’on dit que la glace est transparente, cela veut dire que la lumière visible et toutes les différentes couleurs qui la constituent ont très peu de chances d’être absorbées lorsqu’elles traversent la glace.
La neige est en fait une sorte de mousse de glace et d’air : la lumière qui la traverse va avoir très peu de chances d’être absorbée en traversant la glace ou l’air, les deux transparents.
Par contre, à chaque interface air-glace, la lumière va être réfléchie (comme un miroir) ou réfractée (changée de direction à l’intérieur de la glace), et va finir par ressortir du manteau neigeux, car elle a très peu de chances d’y être absorbée.
Ainsi la majeure partie de la lumière visible qui entre dans la neige ressort vers le haut, ce qui rend la neige blanche.
Cette couleur blanche de la neige est très importante pour notre planète. En effet cela veut dire que lorsque la neige recouvre le sol, la majeure partie de la lumière du soleil va être réfléchie vers l’atmosphère, contrairement à un sol nu ou recouvert de végétation, plus sombre, et qui absorbe plus de lumière. La couleur blanche de la neige limite donc l’absorption d’énergie solaire, et ainsi le réchauffement. Or, plus la température augmente, moins il y a de neige au sol, donc plus la couleur de la planète s’assombrit et plus elle se réchauffe. C’est un phénomène d’« emballement », que l’on appelle encore « rétroaction positive », lié à l’albédo (c’est-à-dire la fraction de rayonnement solaire réfléchi par un milieu) de la neige et qui est très importante pour notre climat.
50 nuances de neige
La neige n’est pas simplement blanche, elle peut prendre différentes nuances de blancs.
Cela vient de l’interaction de la lumière avec la structure de la neige. La structure de la neige, c’est-à-dire, l’arrangement tridimensionnel de l’air et de la glace à l’échelle du micromètre (un millionième de mètre, soit environ cinquante fois moins que l’épaisseur d’un cheveu), varie beaucoup en fonction de l’état de la neige.
Plus la neige a une structure fine, comme c’est le cas par exemple pour la neige fraîche, plus la surface de l’interface air-glace est grande par rapport au volume de glace contenu dans la neige. Pour faire l’analogie avec une piscine à balle, pour la neige fraîche, on aurait alors une grande quantité de toutes petites balles, soit une grande surface de plastique en contact avec l’air. Plus tard, la neige évolue et notre piscine contiendrait des balles plus grosses, en moindre quantité, ce qui résulte en moins de surface de contact entre air et plastique.
La quantité de lumière absorbée est proportionnelle au volume de glace alors que la quantité de lumière diffusée est proportionnelle à la surface de l’interface air-glace. Ainsi plus le rapport entre la surface de l’interface et le volume de glace est grand, c’est-à-dire plus la structure est fine, plus la neige va être blanche. Une neige fraîche paraîtra donc plus blanche qu’une neige à structure plus grossière, par exemple qui a déjà fondu et regelé.
Cette nuance de blanc, qui provient de l’interaction entre la lumière et la structure de la neige, est également à l’origine d’une rétroaction positive importante pour notre climat. En effet, lorsque la température augmente, la structure de la neige a tendance à grossir, la neige devient moins blanche, absorbe plus d’énergie solaire et donc peut fondre plus rapidement.
De la neige en couleur
Mais la neige n’est pas que blanche, on peut trouver de la neige orange, rouge, noire, violette ou même verte. Lorsque de telles couleurs se présentent, c’est que la neige contient des particules colorées qui peuvent être de différentes origines.
On y trouve souvent du carbone suie issu de la combustion des énergies fossiles et qui rend la neige grise.
Dans les massifs montagneux français, il est courant de trouver de la neige orange, voire rouge, après des épisodes de dépôts de poussières minérales en provenance du Sahara.
Enfin, la neige contient des organismes vivants, et en particulier des algues qui produisent des pigments pouvant être de différentes couleurs. Dans les Alpes, l’espèce d’algue de neige la plus courante s’appelle Sanguina Nivaloides et teinte la neige d’une couleur rouge sang, que vous avez peut-être déjà observée lors d’une promenade en montagne à la fin du printemps.
En changeant la couleur de la neige, toutes ces particules colorées provoquent une augmentation de la quantité de lumière solaire absorbée par celle-ci, et accélèrent sa fonte.
La blancheur de la neige et ses subtiles nuances sont donc très importantes pour l’évolution du couvert nival et pour le climat de notre planète.
Le projet EBONI et le projet ALPALGA ont été soutenus par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. Elle a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.
