Vidéo : Arc-en-ciel

Quand il pleut alors que le soleil brille dans la direction opposée par rapport à l’observateur, toutes les conditions sont réunies pour qu’il assiste à un phénomène optique remarquable : l’arc-en-ciel.

La lumière du soleil, qui nous paraît blanche, est en réalité le mélange de multiples couleurs, que l’on réduit souvent à 7.

Un prisme décompose la lumière blanche par réfraction, chaque couleur étant déviée selon un angle croissant du rouge vers le violet.

Tout comme le prisme, une goutte de pluie réfracte la lumière blanche du Soleil, mais sa forme pratiquement sphérique modifie les trajectoires des rayons. La lumière est réfractée lorsqu’elle entre dans la goutte, se réfléchit à l’arrière de celle-ci, puis est réfractée à nouveau lorsqu’elle ressort dans l’air.

L’angle final entre les rayons du soleil et l’image perçue est d’environ 40°, mais avec une petite différence pour chaque couleur : de 40,5° pour le violet … à 42,4° pour le rouge.

Résultat : à un instant donné, l’œil de l’observateur ne perçoit qu’une partie de la lumière provenant de chaque goutte.

Ainsi, pour cette goutte qui disperse toutes les couleurs, seul le rayon rouge rentre dans l’œil de l’observateur et il ne verra que du rouge.

(…)

Cette goutte située plus bas disperse aussi toutes les couleurs mais seuls les rayons proches du orange rentrent dans l’œil …

… et ainsi de suite, l’observateur verra toutes les couleurs de l’arc en ciel mais provenant de différentes régions du ciel.

Les mathématiques démontrent que la forme observée est un arc de cercle dont le centre se situe sous l’horizon.

(optionnel)

Il se produit parfois une réflexion supplémentaire de la lumière à l’intérieur des gouttes de pluie. On observe alors un arc secondaire moins lumineux, à l’extérieur du premier, sous un angle de 50°.