La neige est blanche, mais il existe plusieurs nuances de blanc, et parfois elle prend même d’autres teintes plus originales. Une plongée entre physique et météo avec le directeur du Centre d’Etudes de la Neige basé à Grenoble.
D’un blanc immaculé qui scintille au soleil, la neige lorsqu’elle recouvre le sol a le pouvoir de transformer les paysages en quelque chose de magique. Mais pourquoi est-elle blanche ? Il est composé 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 précisément parce que la glace est transparente. Quand on dit que la glace est transparente, cela signifie que la lumière visible et toutes les différentes couleurs qui la composent ont très peu de chances d’être absorbées lors de leur passage à travers la glace.
La neige est en fait une sorte d’écume de glace et d’air : la lumière qui la traverse aura très peu de chance d’être absorbée en traversant la glace ou l’air, tous deux transparents.
En revanche, à chaque interface air-glace, la lumière sera réfléchie (comme un miroir) ou réfractée (changement de direction à l’intérieur de la glace), et finira par émerger du manteau neigeux, car elle a très peu de chances d’être absorbé.
Ainsi, la majeure partie de la lumière visible qui pénètre dans la neige sort vers le haut, rendant la neige blanche.
Cette couleur blanche de la neige est très importante pour notre planète. En effet, cela signifie que lorsque la neige recouvre le sol, la majeure partie de la lumière solaire sera réfléchie vers l’atmosphère, contrairement au sol nu ou couvert de végétation, qui est plus sombre et absorbe plus de lumière. La couleur blanche de la neige limite donc l’absorption de l’énergie solaire, et donc le réchauffement. Or, plus la température augmente, moins il y a de neige au sol, donc plus la couleur de la planète est foncée et plus elle devient chaude. Il s’agit d’un phénomène d’« emballement », que l’on appelle aussi « rétroaction positive », lié à l’albédo (c’est-à-dire la fraction du rayonnement solaire réfléchie par un milieu) de la neige et qui est très important pour notre climat.
50 nuances de neige
La neige n’est pas seulement blanche, elle peut prendre différentes nuances de blanc.
Cela vient de l’interaction de la lumière avec la structure de la neige. La structure de la neige, c’est-à-dire la disposition tridimensionnelle 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 fortement selon les état de la neige.
Plus la neige a une structure fine, comme c’est le cas par exemple de 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 balles, pour de 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 évoluerait et notre piscine contiendrait des boules plus grosses, en plus petite quantité, ce qui entraînerait moins de surface de contact entre l’air et le plastique.
La quantité de lumière absorbée est proportionnelle au volume de glace tandis 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 sera blanche. La neige fraîche paraîtra donc plus blanche qu’une neige à structure plus grossière, par exemple déjà fondue et regelée.
Cette nuance de blanc, issue de l’interaction entre la lumière et la structure de la neige, est également à l’origine d’un retour positif important pour notre climat. En effet, lorsque la température augmente, la structure de la neige a tendance à augmenter, la neige devient moins blanche, absorbe plus d’énergie solaire et peut donc fondre plus rapidement.
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 apparaissent, c’est que la neige contient des particules colorées qui peuvent être d’origines différentes.
On y retrouve souvent du carbone de suie issu de la combustion des énergies fossiles et qui grisonne la neige.
Dans les massifs montagneux français, il est courant de retrouver de la neige orange voire rouge après des épisodes de dépôts de poussières minérales venues du Sahara.
Enfin, la neige contient des organismes vivants, et notamment des algues qui produisent des pigments qui peuvent être de différentes couleurs. Dans les Alpes, l’espèce d’algues des neiges la plus répandue est appelée Sanguina Nivaloides et teint 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 nuances subtiles sont donc très importantes pour l’évolution du manteau neigeux et pour le climat de notre planète.
Les projets EBONI et ALPALGA ont été soutenus par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance la recherche par projet en France. Sa mission est de soutenir et de promouvoir le développement de la recherche fondamentale et finalisée dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.
