Comment se forme un arc-en-ciel ? Réfraction, réflexion, l’angle de 42° et le double arc

Un arc-en-ciel apparaît quand il pleut d'un côté du ciel et que le soleil brille de l'autre. Ce n'est pas un objet posé dans le ciel, mais un effet optique qui dépend de la position de celui qui regarde. Voici comment il se forme, pas à pas. La lumière blanche contient toutes les couleurs La lumière du soleil est un mélange de couleurs, du violet au rouge. Newton l'a montré au XVIIe siècle en faisant passer un rayon de soleil à travers un prisme : la lumière s'étale en un spectre. Une goutte de pluie joue le rôle d'un petit prisme. Ce qui se passe dans une goutte 1. Réfraction : en entrant dans la goutte, la lumière change de direction, car elle va moins vite dans l'eau que dans l'air. 2. Dispersion : cette déviation n'est pas la même pour toutes les couleurs. Le violet est un peu plus dévié que le rouge, et les couleurs se séparent. 3. Réflexion : la lumière se réfléchit sur la face arrière de la goutte. 4. Nouvelle réfraction : en ressortant, la lumière est encore déviée, et les couleurs s'écartent un peu plus. L'angle de 42° La lumière qui ressort des gouttes est concentrée autour d'un angle d'environ 42° par rapport à la direction opposée au soleil (le point antisolaire, là où se trouve l'ombre de votre tête). Toutes les gouttes situées à cet angle vous renvoient de la lumière colorée : elles dessinent un cercle autour de ce point. Le rouge est à l'extérieur de l'arc, le violet à l'intérieur. Pourquoi un arc et pas un cercle Le sol coupe le cercle. Plus le soleil est bas, plus l'arc est haut : c'est pourquoi les plus beaux arcs-en-ciel s'observent tôt le matin ou en fin d'après-midi. Quand le soleil est à plus de 42° au-dessus de l'horizon, l'arc est sous l'horizon et on ne le voit pas depuis le sol. Depuis un avion ou une montagne, on peut parfois voir le cercle complet. Chacun voit son propre arc-en-ciel Comme l'arc dépend de l'angle entre le soleil, les gouttes et votre œil, deux personnes côte à côte voient la lumière de gouttes différentes. On ne peut donc jamais atteindre le pied de l'arc-en-ciel : il se déplace avec vous. Le double arc Parfois un second arc, plus pâle, apparaît au-dessus du premier, vers 51°. Il vient de la lumière qui s'est réfléchie deux fois dans les gouttes. Ses couleurs sont inversées : rouge à l'intérieur, violet à l'extérieur. Entre les deux arcs, le ciel paraît plus sombre : c'est la bande sombre d'Alexandre, du nom d'Alexandre d'Aphrodise, qui l'a décrite dans l'Antiquité. En voir un vous-même Tournez le dos au soleil et arrosez avec un tuyau en fine pluie : un petit arc apparaît devant vous. Les embruns d'une cascade ou d'une fontaine en produisent aussi par beau temps. Et la nuit ? Par pleine lune, il existe des arcs-en-ciel lunaires. Ils sont si peu lumineux que nos yeux les voient presque blancs, mais une photo en pose longue révèle leurs couleurs.