La lumière dans la mer

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 :

La lumière en provenance du soleil est atténuée par l'atmosphèreatmosphère avant d'atteindre la surface de l'eau (figure 3.9) ; sous l'eau on constate que l'atténuation est considérable, les infrarougesinfrarouges 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 diffusiondiffusion.

• L'absorptionabsorption et la diffusion

L'absoption de la lumière dans la mer c'est l'absorption de l'énergieénergie des photonsphotons par transition de niveau d'énergie des atomesatomes et des moléculesmolécules 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 spectrespectre 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'absorptionspectre 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 distilléeeau distillée.

La diffusion de la lumière est un phénomène physiquephysique 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, réfractionréfraction et diffractiondiffraction 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 électromagnétiquesondes électromagnétiques

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 matièresmatières 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 varie en fonction de la profondeur suivant la loi :

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 latitudeslatitudes 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 chlorophyllechlorophylle contenue dans le phytoplanctonphytoplancton absorbe la composante bleue et la lumière se décale vers le vert.

• La mer vue de l'espace

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 surfacecouches de surface. L'interprétation de ces mesures apporte des résultats importants pour l'étude de la photosynthèsephotosynthèse et donc du cycle du carbonecycle du carbone, sur l'interaction du ventvent et des courants avec la biologie de l'océan ainsi que sur l'influence de l'activité humaine sur l'environnement océanique.