La chasse aux arcs-en-ciel

Ces derniers jours, il a fait plutôt un temps bizarre par chez moi, du genre soleil entrecoupé d’averses. Une situation idéale pour partir à la chasse aux arcs-en-ciel, et se rappeler quelques principes physiques de ce très joli phénomène naturel.

Où chercher les arcs-en-ciel ?

J’ai mis du temps avant de bien l’intégrer, mais pour trouver un arc-en-ciel, il faut se mettre dos au soleil. Pour ma part, étant marqué par l’image de la décomposition de la lumière dans un prisme, j’ai longtemps cherché les arcs-en-ciel vers le soleil. Mais non, et la raison est représentée sur le schéma ci-contre : le rayon lumineux qui arrive du soleil est réfléchi par la goutte, et repart en sens inverse.

On peut même être plus précis. Si vous avez le soleil dans le dos, le centre de l’arc se trouve sur une ligne qui part du soleil et passe par votre tête. Donc de votre point de vue, le centre de l’arc-en-ciel doit se trouver à l’endroit de l’ombre de votre tête !

C’est particulièrement apparent quand on fait des photos, regardez par exemple cette très jolie prise de vue : on y voit bien l’ombre de la tête du photographe au centre de l’arc !

Ce principe explique qu’il y ait quelques circonstances favorables pour repérer les arcs-en-ciel : si le soleil est plutôt bas sur l’horizon, la portion d’arc visible dans le ciel sera d’autant plus importante. Si vous êtes en avion ou en hauteur, vous pouvez même avoir la chance de voir un cercle quasi-complet !

La chasse à l’arc secondaire

Le schéma que j’ai mis au début montre le principe de la réflexion et dispersion de la lumière dans une goutte d’eau. Sous un certain angle, le rayon lumineux peut effectuer une double réflexion, conduisant à l’apparition d’un deuxième arc en ciel, au dessus du premier. On le voit un peu sur la photo ci-dessus, mais personnellement je n’en ai pas vu des tas dans ma vie !

Une des caractéristiques de l’arc secondaire, c’est que les couleurs en sont inversées, le violet est à l’extérieur et le rouge à l’intérieur. Tout ça est illustré dans le schéma ci-contre. Pour les plus observateurs, l’arc principal et l’arc secondaire sont censés être séparés par une zone plus sombre, appelée bande d’Alexandre, un peu visible aussi sur la photo ci-dessus, mais pas forcément évidente à l’oeil nu !

Grâce aux lois de l’optique géométrique, Descartes avait déjà calculé l’angle entre l’image de l’arc-en-ciel et l’ombre de votre tête : environ 41° pour l’arc principal et environ 52° pour l’arc secondaire. Ces valeurs sont universelles car liées à l’indice de réfraction de l’eau. Sachant que l’indice de réfaction de l’éthanol est légèrement plus élevé, je laisse au lecteur le soin de calculer la position d’un arc-en-ciel apparaissant au milieu de vapeurs d’alcool !

En théorie, il est possible aussi d’observer des arcs tertiaires et quaternaires, en direction du Soleil cette fois ! Mais apparemment leur observation est si délicate, qu’elle n’a été attestée de manière totalement scientifique qu’il y a quelques mois à peine, grâce à des photographies.

Sur ce je vous souhaite bonne chasse aux arcs-en-ciel, et pour ceux qui ne voudraient pas mettre le nez dehors, vous pouvez toujours chercher des dessins d’arcs-en-ciel mal dessinés. Comme pour la Lune, vous savez maintenant qu’il existe quelques précautions à prendre pour bien dessiner un arc-en-ciel. Si vous trouvez des erreurs, envoyez-les moi et je les publierai ! (par exemple : ça)

(Ah oui au fait, toutes les images ont été piquées sur Wikipédia…)

21 réflexions sur “La chasse aux arcs-en-ciel

  1. Haha je faisais la même erreur que toi (chercher l’arc-en-ciel vers le soleil), mais maintenant je suis prêt pour la chasse 😛

  2. Dans ce domaine, on peut aussi voir parfois de chaque côté du soleil des parhélies ou « faux soleils », arcs-en-ciel limités en taille sur des nuages à très haute altitude, au même niveau que le soleil, et j’ai eu la chance de photographier récemment un arc complet circulaire autour du soleil!

  3. A noter que l’on peut observer un genre d’arc en ciel en regardant vers le soleil (ACZ ou arc circumzénithal).
    Pour cela il faut que les rayons du soleil traversent une couche de cirrus formée en atmosphère suffisamment stable pour permettre une régularité dans les cristaux de glace.
    Et ça donne ça : http://www.pixheaven.net/photo.php?nom=dcp_9732

    un grand merci à l’auteur du blog pour tous ces articles de qualité !

    • pour Pedrogaza: tout à fait correct !: c’est ce que j’ai pu photographier, un arc circumzénithal ! (désolé, je ne peux joindre la photo!)et j’ai vu il y a longtemps , mais pas pris en photo, un tel arc avec des contre-arcs tangents , mais c’est très rare !

  4. Ben… D’après la photo et les explications, l’ordre des couleurs ne correspond pas aux schémas explicatifs des arcs primaire et secondaire…

  5. Ça me fait penser, tout ça ! Ma mère avec mon frère a un jour vu un arc-en-ciel … sur un nuage ! Enfin, je ne serais trop comment expliquer. Dommage qu’ils n’avaient pas d’appareil photo. –‘ J’aurais bien aimé voir ça … Mais j’ai réussi à trouver quelques photos sur le net, dont celle-ci : https://encrypted-tbn2.google.com/images?q=tbn:ANd9GcTPOidpRlG3vciz5mAYe3kmp1IvzPb1QAfRhSaCrt8w6c3q8mkg2g
    Ma mère m’a dit que ça ressemblait à ce qu’elle avait vu, mais sur un nuage entier.

  6. En fait, pour répondre à la remarque d’olivier, le schéma du rayon lumineux est simplifié. En réalité, les rayons du soleil venant de multiples directions et la goutte étant sphérique ce qu’on observe (en particulier d’un avion quand l’image est complète) c’est une sphère avec le rouge à l’extérieur et le bleu à l’intérieur du cercle. Et comme nous ne voyons sur terre que la partie haute de ce cercle, le rouge est bien en haut. Difficile d’expliquer cela sans faire de schéma, mais si l’on imagine contrairement à la figure ci-dessus que le rayon vient du bas, cette fois le rouge sera au-dessus, c’est le haut du cercle. Et on a la même chose de tous côtés de la goutte.

  7. Super article ! Si l’illustration au niveau de la goutte est parfaitement juste, celle où l’on voit les arcs en ciel est un peu trop approximative, et donne l’impression que l’arc en ciel se forme sur un « écran » intermédiaire entre nous et les nuages, ce qui n’est pas le cas.

  8. Pingback: La chasse aux arcs-en-ciel, épisode II « Science étonnante

  9. Le site de référence des phénomènes d’optique atmosphérique : http://www.atoptics.co.uk/
    Une fois parcouru, on se met à chercher les vrais arc-en-ciel, les faux, les piliers, parhélies, halos, etc… dès qu’un cirrus se pointe dans la voûte bleue !

  10. Bonjour, quelques jours après avoir lu cet article j’ai vu un arc en ciel face au soleil, je l’ai donc photographié et filmé avec un téléphone Samsung, l’image n’est pas terrible mais je peux vous la transmette si vous voulez
    Bon week-end

  11. Pingback: J’aurai bien aimé qu’Hercule en tire une, à force de le voir sur ce cahier… (mais c’est un arc-en-lune). (a moonbow!) | Et_voici_le_bb…des_mots! (&my_words_are):

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