Nuages et particules

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L'arc-en-ciel

Les arcs-en-ciel ont toujours fasciné les hommes et façonné de nombreuses légendes. Les Irlandais disaient qu'un chaudron d'or se trouvait au pied de l'arc, les indiens croyaient que c'était un pont entre la vie et la mort. La Génèse raconte que l'arc-en-ciel est le lien entre Dieu et la vie sur Terre. En réalité, bien que les arcs-en-ciel soient si beaux qu'ils semblent magiques, ils ne sont ni mystérieux ni surnaturels. Voyons ici qu'il s'agit juste d'un phénomène météorologique...

Les couleurs de la lumière blanche

C'est le célèbre scientifique anglais Isaac Newton qui expliqua le premier les arcs-en-ciel au 17ème siècle, en s'appuyant sur les travaux sur l'optique du français Descartes (né en 1596 et mort en 1650).
Il montra que la lumière du soleil est en fait composée de plusieurs couleurs différentes, que l'oeil humain ne perçoit pas séparément. En effet, à midi le soleil semble blanc (attention, il ne faut pas le regarder directement, c'est mauvais pour les yeux !).

La lumière est en réalité composée d'une série de couleurs: rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet, appelée spectre visible.
Elle comprend aussi deux autres couleurs que nous ne voyons pas: les infrarouges (que nos yeux ne détectent pas mais que notre peau peut ressentir, sous forme de chaleur) et les ultraviolets (responsables des coups de soleil).

2. Le spectre des couleurs du soleil. Source: NASA.

Le prisme

La lumière se propage de façon rectiligne, mais change de direction quand elle rencontre un obstacle. Afin de démontrer que la lumière du soleil est en fait un mélange de couleurs, Newton utilisa un prisme, qui est un petit volume triangulaire en verre. Lorsque la lumière traverse un prisme, elle change de direction (ceci est appelé la réfraction). Ce changement de direction n'est pas le même pour les différentes couleurs qui composent la lumière, ce qui permet la séparation des couleurs lorsque la lumière ressort du prisme (voir la figure 3). On dit que la lumière est décomposée.

L'arc-en-ciel

Pour voir un arc-en-ciel, il faut deux choses: du soleil dans votre dos, et des gouttes de pluie. Lorsque les gouttelettes flottent dans l'air, chacune d'elles agit comme un minuscule prisme. La lumière du soleil brille à travers la goutte et la lumière est réfractée, ce qui donne un arc-en-ciel.

La forme de l'arc-en-ciel
Il y a toujours un angle de 42 degrés entre le haut de l'arc-en-ciel (la couleur rouge) et l'observateur. Et puisque cet angle est constant, vos yeux voient un demi-cercle quelque part dans le ciel. Si vous étiez en avion, vous verriez un cercle complet!

6. L'arc-en-ciel aurait une forme de cercle entier si le sol ne coupait pas la moitié.
Auteur: J. Gourdeau.

Les plus grosses gouttes d'eau (de diamètres de quelques millimètres) donnent des arcs-en-ciel brillants, alors que les gouttes plus petites (comme celles de la brume par exemple) fabriquent des arcs plus pâles.

Vous pouvez créer votre propre arc-en-ciel avec un simple tuyau d'arrosage s'il fait soleil dehors. Les gouttes d'eau du tuyau agissent exactement comme les gouttes de pluie dans le ciel.

A propos de cette page...
Auteur: Justine Gourdeau, LAMP Clermont-ferrand, France. Relecteur scientifique: Dr Frédéric Szczap, LaMP, France.
Date de création: 03.11.2003. Dernière version: 11.05.2004.