Luminance

(Section 2.1.2.1)

La luminance d'un nuage est déterminée par les quantités de lumière réfléchie, diffusée et transmise par ses particules constitutives. Cette lumière provient directement, pour la plus grande part, de l'astre éclairant (le Soleil, la Lune ou des étoiles) ou du ciel; une quantité notable de lumière peut également provenir de la surface terrestre, en particulier lorsque la lumière solaire ou lunaire est réfléchie par des étendues couvertes de neige ou de glace, ou par des plans d'eau.

La luminance d'un nuage peut être modifiée par la présence de brume sèche. Lorsque de la brume sèche s'interpose entre l'observateur et le nuage, elle peut, suivant son épaisseur et selon la direction de la lumière incidente, diminuer ou augmenter la luminance du nuage. De plus, la brume sèche atténue les contrastes qui mettent en évidence la forme, la structure et la texture du nuage. La luminance d'un nuage peut également être modifiée par des phénomènes optiques, tels que les halos, les arcs-en-ciel, les couronnes, les gloires, etc.

Pendant le jour, la luminance des nuages est suffisamment forte pour qu'ils soient facilement observables. La nuit, les nuages sont visibles lorsque la surface éclairée de la Lune est supérieure à un quartier; dans ses phases moins lumineuses, la Lune n'est pas suffisamment brillante pour qu'il soit possible de distinguer les nuages qui en sont éloignés, particulièrement lorsque ces derniers sont minces. Par nuit sans lune, les nuages sont en général invisibles; cependant, leur présence peut parfois se déduire de l'occultation d'étoiles (sachant que les étoiles situées près de l'horizon peuvent être occultées par la brume sèche), de l'aurore boréale, de la lumière zodiacale, etc.

Les nuages peuvent être visibles de nuit dans les régions comportant un éclairage artificiel suffisamment intense; c'est ainsi qu'au-dessus d'agglomérations importantes, les nuages apparaissent éclairés par la lumière provenant directement du sol. Une couche nuageuse éclairée de cette manière peut constituer un fond relativement clair sur lequel des fragments de nuages, situés à un niveau moins élevé, se détachent en sombre.

Lorsqu'un nuage légèrement opaque est éclairé à contre-jour, sa luminance est maximale dans la direction de l'astre éclairant; elle décroît à partir de cet astre, d'autant plus rapidement que le nuage est plus mince. La luminance des nuages ayant une forte épaisseur optique (mesure du degré selon lequel le nuage s'oppose au passage de la lumière) ne décroît que lentement à partir de l'astre éclairant. Une épaisseur et une opacité encore plus importantes ne permettent même plus de déterminer la position de l'astre éclairant. Lorsqu'un nuage isolé et dense est éclairé à contre-jour, il présente un liseré brillamment illuminé et des faisceaux d'ombre et de lumière rayonnent autour de lui.

L'épaisseur optique d'une couche nuageuse variant souvent d'une partie à l'autre, l'astre éclairant peut être visible au travers d'une partie de la couche et ne pas l'être au travers d'une autre. Il résulte de ces inégalités d'épaisseur optique que la luminance de la couche nuageuse, en particulier à faible distance angulaire du Soleil ou de la Lune, peut varier considérablement dans le temps à mesure que le nuage se déplace.

Dans le cas d'une couche nuageuse d'opacité uniforme et suffisamment importante, il est parfois possible de discerner l'astre éclairant s'il n'est pas trop éloigné du zénith; par contre, il peut être complètement masqué s'il est proche de l'horizon. Des couches nuageuses suffisamment opaques présentent parfois une luminance maximale au zénith lorsque le Soleil ou la Lune sont près de l'horizon.

La quantité de lumière réfléchie par un nuage vers l'observateur est maximale lorsque le nuage est situé à l'opposé de l'astre éclairant. La luminance du nuage est d'autant plus grande que sa densité et son épaisseur, suivant le rayon visuel, sont plus fortes. Lorsque le nuage est suffisamment dense et épais, il présente des nuances de gris qui font apparaître un relief plus ou moins accusé; la gamme des gris est d'autant plus étendue que l'éclairement est rasant.

Enfin, il existe des différences appréciables de luminance selon que les nuages sont constitués de gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace. D'une façon générale, les nuages de cristaux de glace sont plus transparents que les nuages de gouttelettes d'eau, par suite de leur faible épaisseur et de la dispersion de leurs particules constitutives. Néanmoins, certains nuages de cristaux de glace se présentent sous forme de bancs de grande épaisseur avec, de plus, une forte concentration de particules de glace. Lorsque de tels nuages sont éclairés à contre-jour, ils présentent des ombres propres marquées; lorsqu'ils sont observés en lumière réfléchie, ils affichent, par contre, un blanc éclatant.