Comment se forme un arc-en-ciel ?
Un arc-en-ciel se forme lorsque la lumière du Soleil est décomposée par des gouttes d'eau en suspension dans l'atmosphère, celles-ci jouant un rôle analogue à un prisme.
Définition
Un arc-en-ciel est un photométéore : un phénomène optique se produisant dans le ciel, visible dans la direction opposée au Soleil quand il brille pendant la pluie.
Quand peut-on voir un arc-en-ciel ?
On peut observer un arc-en-ciel quand des gouttes d'eau tombent, ou sont en suspension dans l'air, généralement juste après la pluie, et qu'une source lumineuse puissante, en général le soleil, brille derrière l'observateur. Les arcs-en-ciel les plus visibles ont lieu lorsque le ciel opposé au soleil est obscurci car les couleurs ressortent davantage par contraste avec les nuages d'un ciel sombre.
On peut aussi voir cet effet à proximité de chutes d'eau, dans la brume avec une source de lumière derrière soi.
Décomposition des couleurs
La lumière du soleil est composée de plusieurs longueurs d'onde, ou couleurs. Certaines de ces longueurs d'onde sont plus courbées que d'autres lorsqu'elle pénètre dans la goutte d'eau. Le violet (la plus courte longueur d'onde de la lumière visible) est celle qui se courbe le plus, tandis que le rouge (la plus longue longueur d'onde de la lumière visible) est celle qui se courbe le moins. .
Que se passe-t-il dans les gouttelettes d'eau ?
La lumière pénètre dans la goutte, il y a une première réfraction (1) du rayon lumineux. Celui-ci est dévié du fait du passage de l'air à l'eau, l'eau étant plus dense, et se décompose en longueurs d'onde, ou couleurs. En fonction de la longueur d'onde (couleur) l'angle par laquelle la lumière est déviée est différent, comme dans un prisme, on peut ainsi voir le spectre des couleurs.
La lumière rebondit ensuite sur l'arrière de la goutte d'eau (2) et se réfracte à nouveau (3) à la sortie de la goutte. Ainsi, lorsque la lumière sort de la goutte d'eau, elle est séparée en toutes ses longueurs d'onde. La lumière ainsi réfléchie par les gouttelettes d'eau vers l'observateur qui a le soleil dans le dos, apparaîtra séparée en toutes les couleurs de l'arc-en-ciel !
Le sens des couleurs de l'arc-en-ciel ?
Dans la figure 2 ci-dessus, le violet apparaît dans la partie haute du spectre, alors que dans l'arc-en-ciel, c'est le contraire. L'explication réside dans le fait que la lumière décomposée issue des différentes gouttes apparaît à l'observateur sous un angle différent et que le rouge nous apparaît dans la partie haute de l'arc-en-ciel et le violet à l'intérieur. (Figure 3)
Qu'est-ce qui fait un double arc-en-ciel ?
Un arc-en-ciel secondaire apparaît lorsque la lumière du soleil se reflète deux fois à l'intérieur des gouttelettes d'eau. Les arcs-en-ciel secondaires sont plus faibles et généralement moins visibles.
L'arc primaire est dû aux rayons ayant effectué une réfraction interne dans la goutte d'eau. Les couleurs se succèdent du rouge à l'extérieur au violet à l'intérieur.
L'arc secondaire est provoqué par une seconde réfraction à l'intérieur de la goutte, et cette lumière « réfléchie » sort de la goutte sous un angle différent (50° au lieu de 42° pour l'arc primaire). C'est pour cette raison que l'arc secondaire apparaît au-dessus de l'arc primaire. L'ordre des couleurs de l'arc secondaire est également inversé, avec le rouge en bas et le violet en haut.
Pourquoi un arc-en-ciel est-il un arc ?
Un arc-en-ciel est en réalité un cercle complet, mais depuis le sol, notre horizon limite notre champ de vision, ce qui nous empêche de voir la partie inférieure du cercle. Mais il est possible de voir le cercle en entier depuis un avion par exemple.
Important : pour photographier un arc-en-ciel il vous faudra penser à ôter votre filtre polarisant sinon l'arc-en-ciel n'apparaîtra pas sur vos photos.