Chasse aux arcs-en-ciel

Ecrit par la buveuse d'eau le 16 février 2012

Avec le printemps va revenir la période des arcs-en-ciel. Si au dessus de Clermont, nous avons souvent l’occasion d’observer (et de prendre en photo) des arcs-en-ciel doubles, nous n’avons encore jamais vu de triple arc-en-ciel. C’est un phénomène rarement observé et documenté. Cependant il ne faut pas désespérer, avec un peu (beaucoup) de chance, sait-on jamais ?!

Mais qu’est ce qu’un arc-en-ciel ?

C’est un phénomène optique (une illusion d’optique) basé sur la réfraction, la dispersion et la réflexion de la lumière du soleil dans une (des) goutte(s) de pluie. La réfraction c’est lorsque le rayon de lumière entre dans la goutte d’eau, et changeant ainsi de milieu, est dévié. En changeant de milieu (du vide dans l’eau ou dans le verre) , la vitesse de la lumière change : dans l’eau elle est de 225.000 km/s et non plus de 300.000 km/s. Le rayon de lumière solaire (blanche) se décompose alors en différents rayons de couleurs élémentaires (selon des angles très précis et uniques pour chaque couleur), c’est la dispersion spectrale. Les rayons sont réfléchis dans le « fond » de la goutte d’eau (réflexion) et en ressortant et en rechangeant de milieu ils sont à nouveau réfractés.

Un arc en ciel est donc fondamentalement le produit d’une double réfraction, et d’une réflexion dans chacune des gouttes d’eau présente dans l’air à ce moment là.

Pour que nous puissions voir ce phénomène, il faut impérativement qu’il y ait du soleil (et que nous lui tournions le dos), de l’eau en suspension dans l’air (après une averse ou grâce au jet du tuyau d’arrosage). Le soleil ne doit pas être trop haut (l’angle de dispersion spectral est de 40-42°) c’est à dire pas au delà de 42° au-dessus de l’horizon.  Tout ceci réuni nous donne ce bel arc. Un cercle complet en fait, mais nous sommes presque toujours trop bas pour nous en rendre compte, à moins d’être dans un avion ou au sommet d’une montagne… Une goutte d’eau étant (à peu près) sphérique, elle projette un halo circulaire c’est ce qui explique qu’il se forme un cercle complet et pas seulement un arc.

Pour les arcs-en-ciel doubles, assez fréquents, il faut faire intervenir une autre réflexion au sein de la goutte d’eau. Cette 2e réflexion, d’une partie du rayonnement resté dans la goutte d’eau, inverse les couleurs par rapport à la première ce qui fait que les 2 arcs voient leurs spectres inversés.

Pour les arcs-en-ciel triples ou quadruples, il faut encore ajouté au moins une réflexion dans la goutte d’eau et regarder non plus en tournant le dos au soleil mais en regardant vers le soleil. En 2010, Un scientifique, Philip Laven a développer un modèle mathématique qui prédit les conditions météo nécessaires à la « réalisation » d’arcs-en-ciel triples : il faut des nuages très sombres d’orage avec de très fortes chutes de pluie avec des gouttes d’eau de forme très semblables. Dans ces conditions, si un rayon de soleil apparaît au travers de ces nuages, alors il projettera un arc-en-ciel tertiaire sur les nuages sombres autour.  Des photographes ont suivi ce modèle pour chasser l’arc-en-ciel tertiaire et cela a fonctionné. C’est un phénomène très temporaire, peu visible mais qui existe bien.

A surveiller donc au printemps !

Sources :

Catégories Les sciences et l'eau 

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