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        Comment sont produits les arcs-en-ciel?

       

© Rob in space
  Les arcs-en-ciel sont toujours magiques, une quantité de légendes les plus diverses les met à contributions. Leur explication détaillée n'est pas des plus simples, et fait appel aux théories modernes de la lumière pour en révéler toutes les subtilités.   Trois éléments essentiels sont nécessaires: Des gouttes d'eau de pluie, du Soleil, et... notre oeil!

    Quand la lumière passe de l'air à l'eau, elle subit une réfraction, son trajet est dévié. Mais toutes les couleurs ne le sont pas également, les couleurs qui constituaient la lumière solaire sortent alors sur des trajectoires légèrement différentes.

  Sur ce croquis, le Soleil est tout à gauche. Dans chaque goutte (de taille légèrement exagérée ici...), la lumière subit 2 réfractions et une réflexion. Les gouttes du haut se chargent d'envoyer le rouge vers Robert, celles du bas envoient le bleu. Bien sûr, les autres couleurs ont leurs gouttes à elles...
  La lumière tombant un peu partout sur les gouttes, de la lumière est aussi renvoyée un peu partout... Mais certaines directions privilégiées renvoient une intensité lumineuse supérieure. Ce schéma montre ainsi l'arc-en-ciel primaire, le plus lumineux.
arc en ciel 3d
On peut faire une symétrie de révolution autour de la direction de l'axe joignant le Soleil à l'oeil de l'observateur. Ce qui trace un cône dans l'espace, et donc un cercle sur le fond de ciel: l'arc-en-ciel est... un arc...

    Sur la première photo, on voit aussi un arc-en-ciel secondaire, plus faible. Celui-ci est dû au fait qu'une partie de la lumière subit dans les gouttes une réflexion et une réfraction supplémentaire. Les rayons ressortent alors avec un angle supérieur. Les couleurs y sont inversées par rapport au premier, à cause justement de la nouvelle réflexion.

    Toujours sur la première photo, à l'intérieur de l'arc primaire, collés contre lui, vous remarquerez des arcs surnuméraires, il faut, pour les expliquer, faire intervenir des interférences lumineuses.

    Enfin, peut-être avez-vous  repéré la "bande d'Alexandre"? Cette région est située entre les deux arcs, et elle est notablement plus sombre qu'à l'extérieur. Depuis cette zone, aucun rayon ne provient des gouttes avec les trajets décrits au-dessus, il y a donc un déficit de lumière...

    Vous aussi faites des arcs-en-ciel: un jour de grand Soleil, tournez lui le dos et pulvérisez au tuyau d'arrosage une fine brume devant vous, peut-être même réussirez-vous à faire apparaître un cercle presque complet?

Arc en ciel Réunion ©Rob in Space