D'où vient l'arc-en-ciel ?

L'arc-en-ciel est un phénomène lumineux très spectaculaire. L'explication parait simple.

Quand on observe un arc-en-ciel, c'est toujours avec le soleil dans le dos et face à un mur de gouttelettes de pluie. Il suffit d'ailleurs de regarder un jet d'eau avec le soleil dans le dos pour apercevoir un morceau d'arc-en-ciel sur les gouttelettes d'eau.

 

Mais si chaque gouttelette renvoient toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, pourquoi cette répartition des couleurs et cette forme d'arc ? Bien que l'explication correcte ait été trouvée par Descartes en 1637, la lecture des différentes explications données ici ou là montre que le phénomène reste largement incompris que ce soit au niveau de la goutte d'eau ou de l'ensemble de l'arc.


Acte 1 : Au niveau de la goutte d'eau

Les rayons solaires, tous considérés comme parallèles, sont constitués de lumière de couleurs différentes. Après une réflexion à l’intérieur de la goutte d’eau, ils émergent de la goutte d'eau avec des angles qui varient en fonction de la couleur : 40 degrés pour le violet et 42 degrés pour le rouge selon le dessin suivant.

 

 

Au-dessus du premier arc-en-ciel, on en voit souvent un deuxième beaucoup moins lumineux qui correspond à une double réflexion à l'intérieur de la goutte et les couleurs sont inversées.

 

 

 


Acte 2: Pourquoi un arc-en-ciel ?

Puisque chaque goutte disperse toutes les couleurs comme un prisme, pourquoi cette répartition en bandes sur un arc ? En fait, et c'est le moins facile à comprendre, l'arc-en-ciel n'existe que par rapport à l'oeil de observateur. C'est un peu comme un image dans une glace qui n'existe que pour un observateur donné. Chacun voit "son" arc-en-ciel. Les rayons du soleil étant tous parallèles, toutes les gouttes vues sous l'angle 42 degrés apparaîtront rouge tandis que celles vues sous l'angle 40 degrés apparaîtront violettes. En fait, on devrait voir un cercle complet au lieu d'un arc, mais le mur de pluie ne passe généralement pas sous la ligne d'horizon. On voit donc un arc de cercle sauf si on est en avion à une altitude suffisante (1500 m) où l’on peut avoir la chance d’observer ces cercles-en-ciel très spectaculaires (photo ci-dessous)

Arc-en-ciel (Palace Tibétain)

Cercle-en-ciel

 

Sites web utilisés pour faire l’activité documentaire :

http://pfz.free.fr/arc_en_ciel.htm

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/exp231.html

http://www.cosmovisions.com/CTarcenciel.htm

http://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-ciel

http://www.figer.com/Publications/betisier.htm