Arc en Ciel …….

Comment… se forme un arc-en-ciel ?

D’où vient cette magnifique bande multicolore que l’on observe après un orage ?

Pour le comprendre, plongée dans l’univers de la lumière

Dès l’antiquité, les arcs-en-ciel intriguaient les savants : Aristote pensait par exemple qu’ils étaient dus à la réflexion du soleil sur les nuages. Mais c’est Isaac Newton, qui en 1666 expliqua l’origine de ses couleurs.

L’arc-en-ciel est la conséquence de la dispersion de la lumière du soleil par des gouttes de pluie.
Un arc-en-ciel n’a donc pas réellement d’existence physique mais est une illusion optique dont la position apparente dépend de la position de l’observateur.
Les arcs-en-ciel les plus spectaculaires ont lieu lorsque la moitié du ciel opposée au Soleil est obscurcie par les nuages mais que l’observateur est à un endroit où le ciel est clair. Un autre endroit commun où l’on peut voir cet effet est à proximité de chutes d’eau.

 

 

 

Il faut d’abord savoir que la couleur est la manifestation d’une lumière (elle-même une onde électromagnétique) d’une certaine longueur d’onde  

 Le domaine du visible s’étend d’une longueur d’onde de 400 nanomètres (correspondant à ce que nos yeux perçoivent comme du violet) à une longueur d’onde de 670 nanomètres (le rouge)

Mais la lumière émise par le Soleil est « blanche », c’est à dire qu’elle se compose d’une sorte de mélange d’ondes lumineuses de longueurs d’onde (donc de couleurs) différentes. Si l’on décompose cette lumière blanche en ses constituants, on obtient le spectre de la lumière visible. Une décomposition qui intervient lors du phénomène de diffraction.

Or, lorsqu’il pleut, chaque goutte d’eau réalise une diffraction : celle-ci réfléchit la lumière blanche du Soleil en déviant ses différentes composantes suivant des angles différents. Apparaissent ainsi sept couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.

 

 

Morceau de cercle visible
L’angle de déviation dépend en effet de la longueur d’onde : on peut donc voir un arc avec les différentes couleurs successives. Par exemple, la lumière bleue est réfléchie suivant un angle de 40,5° par rapport aux rayons du Soleil, et la lumière rouge suivant un angle de 42,4° (ces angles correspondent aux angles Soleil-goutte-oeil). Voici pourquoi le rouge est vu au bord supérieur de l’arc en ciel par l’observateur.

Et voilà aussi pourquoi il faut donc, pour observer l’arc-en-ciel, que le soleil soit situé au-dessous de 42° de hauteur. Peu de chance d’en observer un à midi ! Inversement, plus le soleil est bas sur l’horizon, et plus l’arc-en-ciel est haut. Mais vous ne pourrez jamais voir un demi-cercle complet, à moins d’être en montagne ou dans un avion. Dans ce dernier cas, on peut même voir le cercle en entier.

 

En général, un arc-en-ciel ne dure guère plus d’une demi-heure (le plus long a duré six heures, observé en Grande-Bretagne). On peut aussi en apercevoir à proximité des grandes chutes d’eau et des cascades, ou dans son jardin… en arrosant ses bégonias.