Les aurores boréales sont vertes, rouges, bleues ou violettes parce que les gaz de la haute atmosphère n’émettent pas tous la même lumière, ni à la même altitude. Le vert iconique vient de l’oxygène atomique autour de 557,7 nm, entre 100 et 200 km d’altitude. Le rouge est également dû à l’oxygène, mais au-dessus de 200 km. Les bleus et violets, eux, signalent surtout l’azote à plus basse altitude. Chaque couleur est donc un indice sur la région du ciel qui s’illumine.
Les couleurs d’une aurore : une signature de la haute atmosphère
Une aurore boréale n’est pas une simple lumière colorée projetée dans le ciel. C’est une émission lumineuse produite dans les couches élevées de l’atmosphère terrestre. Les couleurs dépendent de la nature des atomes ou molécules concernés, de leur état énergétique et de l’altitude à laquelle ils se trouvent.
L’idée essentielle est simple : l’oxygène et l’azote n’émettent pas les mêmes longueurs d’onde. Or, une longueur d’onde correspond à une couleur. Le vert auroral se situe à 557,7 nanomètres (nm), le rouge autour de 630,0 et 636,4 nm, tandis que certaines bandes bleues et violettes de l’azote moléculaire ionisé apparaissent notamment à 391,4 et 427,8 nm.
L’altitude est tout aussi importante que le gaz lui-même. Dans les couches les plus élevées, l’air est extrêmement raréfié : certains états excités ont alors le temps d’émettre leur lumière. Plus bas, les collisions sont plus fréquentes et favorisent d’autres émissions. C’est pourquoi une grande aurore peut ressembler à une coupe atmosphérique : rouge au sommet, vert au centre, parfois bleu ou violet vers la base.
Pour replacer ce phénomène dans son contexte global, notre article sur la science des aurores boréales détaille les mécanismes généraux à l’origine de ces lumières polaires. Ici, concentrons-nous sur ce que racontent précisément leurs couleurs.
Tableau récapitulatif : quelle couleur à quelle altitude ?
| Couleur observée | Molécule ou atome principalement impliqué | Longueur d’onde caractéristique | Altitude habituelle | Conditions révélées |
|---|---|---|---|---|
| Vert | Oxygène atomique neutre O | 557,7 nm | Environ 100 à 200 km | Émission optimale de l’oxygène atomique dans la moyenne haute atmosphère |
| Rouge | Oxygène atomique neutre O | 630,0 nm et 636,4 nm | Environ 200 à 500 km | Atmosphère très peu dense permettant une émission lente de l’oxygène |
| Bleu | Azote moléculaire ionisé N2+ | 391,4 nm | Sous environ 100 à 150 km | Émissions à basse altitude, souvent difficiles à distinguer à l’œil nu |
| Violet | Azote moléculaire ionisé N2+ et azote moléculaire neutre N2 | 427,8 nm pour une bande de N2+ | Sous environ 100 à 150 km, voire sous 100 km pour N2 | Partie basse d’une aurore active, où l’azote contribue fortement aux teintes mauves |
Les limites d’altitude ne sont pas des frontières nettes. Une aurore est un phénomène étendu, mouvant et composé de plusieurs couches lumineuses qui peuvent se superposer depuis le sol. Une même photographie peut donc montrer du rouge, du vert et du violet dans le même rideau.
Pourquoi le vert est-il la couleur emblématique des aurores ?
La grande majorité des images d’aurores boréales montrent une lumière verte intense. Cette couleur provient de l’oxygène atomique neutre, noté O, lorsqu’il passe d’un état énergétique appelé O(1S) à un état O(1D). Cette transition produit une raie lumineuse très précise, située à 557,7 nm : c’est le fameux vert auroral.
Cette émission est parfois qualifiée de transition « interdite ». Le terme peut sembler mystérieux, mais il ne signifie pas qu’elle est impossible. En physique atomique, il indique simplement une transition peu probable et donc relativement lente par rapport à d’autres émissions lumineuses. Pour qu’elle se produise, l’atome excité doit avoir assez de temps avant d’être perturbé par une collision.
C’est précisément pourquoi le vert auroral est particulièrement efficace entre environ 100 et 200 km d’altitude. Dans cette région, l’atmosphère est déjà très peu dense, tout en contenant suffisamment d’oxygène atomique pour produire une émission visible. Plus bas, les collisions deviennent trop fréquentes ; plus haut, les conditions favorisent davantage la composante rouge de l’oxygène.
Le vert est aussi une couleur que nos yeux détectent particulièrement bien. En vision photopique, c’est-à-dire lorsque les cônes de l’œil fonctionnent dans des conditions lumineuses suffisantes, la sensibilité humaine est maximale autour de 555 nm. La raie verte des aurores à 557,7 nm se trouve donc très près de cette zone de sensibilité maximale.
Cette proximité explique en partie pourquoi, lors d’une belle activité aurorale, le vert peut paraître si éclatant et si naturel à l’observateur. Les photographies renforcent souvent l’impression, mais la teinte verte est bien réelle lorsqu’une aurore est suffisamment lumineuse. Pour apprendre à reconnaître ces nuances sur le terrain, consultez notre guide de lecture du ciel et d’observation des aurores.
Le rouge : une lumière lente émise très haut dans le ciel
Les aurores rouges sont parmi les plus spectaculaires, surtout lorsqu’elles s’étendent loin au-dessus d’un arc vert. Elles proviennent elles aussi de l’oxygène atomique neutre, mais d’une autre transition électronique : O(1D) vers O(3P). Les longueurs d’onde principales sont alors 630,0 nm et 636,4 nm.
La différence majeure avec le vert tient à la durée de vie de l’état O(1D). Cet état métastable peut persister de l’ordre d’une minute, parfois jusqu’à environ 100 secondes. C’est considérablement long à l’échelle des phénomènes atomiques. Dans une atmosphère trop dense, l’atome aurait de fortes chances d’entrer en collision avant d’avoir pu libérer cette énergie sous forme de photon rouge.
Le rouge auroral a donc besoin d’un environnement particulièrement raréfié. Il apparaît habituellement au-dessus de 200 km d’altitude et peut être observé jusqu’à environ 500 km. Là-haut, les collisions sont assez rares pour laisser à l’oxygène le temps d’émettre sa lumière rouge caractéristique.
Lorsqu’une aurore présente une couronne rouge au-dessus d’une zone verte, elle donne une image presque pédagogique de la structure verticale de l’atmosphère. La lumière rouge vient des couches les plus hautes ; le vert, plus bas, se forme dans une région où les conditions de densité sont différentes.
Les aurores rouges peuvent aussi devenir visibles à des latitudes inhabituelles lors de perturbations géomagnétiques majeures. La tempête G5 des 10 et 11 mai 2024 en a fourni un exemple remarquable : des lueurs rouges ont été observées à des latitudes exceptionnellement basses. Pour comprendre le rôle du Soleil dans ces épisodes, lisez notre entretien sur le cycle solaire 25 et les aurores boréales.
D’où viennent les bleus et les violets des aurores ?
Les teintes bleues et violettes sont généralement liées à l’azote. Plus précisément, l’azote moléculaire ionisé, noté N2+, produit des bandes d’émission importantes à 391,4 nm et à 427,8 nm. Elles se situent dans le bleu et le violet du spectre visible.
Ces couleurs sont associées aux parties basses des aurores, généralement sous environ 100 à 150 km d’altitude. Dans la zone comprise entre 100 et 200 km, les émissions de l’azote ionisé peuvent aussi contribuer à des nuances bleu-vert, en se mélangeant visuellement à la lumière de l’oxygène.
Sous 100 km, l’azote moléculaire neutre, N2, prend davantage part aux teintes mauves ou violettes. C’est pourquoi les bases de certains arcs ou rideaux auroraux peuvent sembler roses, pourpres ou violacées, surtout sur les images à longue exposition.
À l’œil nu, ces couleurs sont souvent plus discrètes que le vert. Elles peuvent apparaître comme une ombre sombre bleutée, une bordure mauve ou une frange colorée sous un arc lumineux. Les capteurs photographiques, eux, révèlent plus facilement les nuances fines et les contrastes entre bleu, violet et rose.
Il faut également garder à l’esprit que le ciel nocturne, la transparence de l’air, la luminosité de l’aurore et les réglages de l’appareil influencent le rendu final. Une photographie fidèle peut montrer beaucoup plus de couleurs qu’un observateur n’en distingue sur place, sans pour autant inventer ces émissions.
Lire une aurore comme une carte verticale de l’atmosphère
Observer les couleurs revient à lire différentes couches de la haute atmosphère. Une aurore n’est jamais totalement plate : elle s’étend sur des dizaines, voire des centaines de kilomètres en hauteur. Depuis le sol, la perspective transforme cette structure en arcs, rubans, voiles et rideaux.
Voici la lecture simplifiée d’une aurore composée de plusieurs teintes :
- Rouge en altitude : oxygène atomique, généralement au-dessus de 200 km, dans une atmosphère très raréfiée.
- Vert au cœur des rideaux : oxygène atomique à 557,7 nm, surtout entre 100 et 200 km.
- Bleu ou bleu-vert vers les zones basses : contribution de l’azote moléculaire ionisé N2+, souvent sous 100 à 150 km.
- Mauve et violet à la base : participation de l’azote, notamment dans les régions les plus basses, sous 100 km.
Cette répartition ne doit pas être interprétée comme une règle graphique absolue. Selon l’intensité de l’aurore et l’angle d’observation, le rouge peut dominer tout le ciel, le vert former un arc net ou le violet n’apparaître que par intermittence. Les couches se mélangent aussi visuellement lorsque l’on regarde l’horizon.
La forme de l’aurore influence également notre perception. Face à un rideau vertical, les différentes altitudes peuvent être relativement faciles à distinguer. En revanche, sous une aurore diffuse ou une vaste lueur d’horizon, les couleurs semblent fusionner en dégradés beaucoup moins lisibles.
Pour les voyageurs, cette lecture est particulièrement intéressante dans les régions où les aurores sont fréquentes. À Abisko, par exemple, un ciel clair permet parfois de distinguer les nuances d’un arc actif ; retrouvez nos conseils pratiques dans le guide des aurores boréales à Abisko.
Pourquoi une aurore paraît-elle parfois blanche, grise ou incolore ?
Il est courant d’arriver sous un ciel auroral, de voir une lueur blanche ou grisâtre, puis de découvrir sur l’écran de son appareil photo un arc vert éclatant. Ce décalage n’est ni une déception ni une retouche : il s’explique par le fonctionnement de la vision humaine nocturne.
Dans l’obscurité, notre vision devient principalement scotopique. Elle repose alors sur les bâtonnets, des cellules très sensibles à la faible luminosité mais peu capables de distinguer les couleurs. Une aurore modérée peut donc sembler blanche, argentée ou gris-vert, même si elle émet réellement à 557,7 nm.
Quand l’aurore gagne en intensité, les cônes de l’œil participent davantage à la vision et les couleurs deviennent plus évidentes. Le vert est le plus souvent la première teinte identifiable, notamment parce que l’œil humain est très sensible autour de 555 nm. Les rouges faibles et les violets restent souvent plus difficiles à percevoir directement.
Un appareil photo fonctionne autrement. Grâce à une exposition de plusieurs secondes, voire davantage selon les conditions, il accumule les photons reçus. Il révèle alors les émissions lumineuses faibles, les dégradés et les bandes colorées qu’un œil humain ne peut pas toujours séparer instantanément.
Comment observer les couleurs sans se laisser tromper par son appareil photo ?
Photographier les aurores est une formidable manière de conserver leurs couleurs, mais l’image doit être interprétée avec prudence. Une longue exposition rendra les teintes plus visibles, tout en lissant les mouvements rapides du rideau. Le ciel réel peut paraître plus pâle, plus mobile et moins saturé que le résultat affiché à l’écran.
Quelques repères permettent de mieux profiter de l’expérience :
- Laissez vos yeux s’habituer à l’obscurité avant de juger la couleur d’une aurore.
- Regardez les zones les plus lumineuses : le vert y devient plus facilement perceptible.
- Cherchez le rouge au-dessus d’un arc vert, particulièrement lors d’une activité marquée.
- Observez les bordures basses des rideaux : elles peuvent présenter une nuance bleue, mauve ou violette.
- Réduisez la luminosité de l’écran de votre téléphone afin de préserver votre vision nocturne.
Les prévisions d’activité restent indispensables pour espérer observer une aurore, mais elles ne prédisent pas toujours la palette exacte. La couleur dépend de l’altitude des émissions et des gaz impliqués, tandis que le rendu final dépendra aussi de la luminosité, des nuages, de la pollution lumineuse et de la sensibilité de vos yeux.
Avant un départ, notre guide des tempêtes solaires, prévisions et indice Kp aide à comprendre les indicateurs utiles. Pour préparer plus largement un voyage d’observation, vous pouvez aussi consulter les ressources de Passeport pour le Monde, en complément des conseils locaux et météorologiques.
Les couleurs des aurores racontent l’histoire du ciel
Le vert n’est donc pas seulement « la couleur des aurores » : il signale l’émission de l’oxygène atomique à 557,7 nm, le plus souvent entre 100 et 200 km d’altitude. Le rouge révèle une émission plus lente, produite très haut, au-dessus de 200 km, dans une atmosphère suffisamment raréfiée pour que l’oxygène excité ait le temps de rayonner.
Les bleus et violets, souvent moins visibles à l’œil nu, témoignent de la présence et de l’activité de l’azote dans les régions plus basses. Ils donnent aux aurores les plus actives leur aspect de rideau multicolore, avec des franges mauves ou bleutées qui semblent danser au-dessus de l’horizon.
La prochaine fois que vous verrez une aurore, essayez de ne pas la regarder seulement comme un spectacle. Cherchez ses étages : le rouge suspendu très haut, le vert brillant au centre, les nuances violettes à la base. Vous contemplerez alors non seulement une lumière polaire, mais une véritable carte lumineuse de la haute atmosphère.