Un arc-en-ciel ressemble à un objet placé au loin, mais c’est un phénomène optique défini par la lumière, les gouttes d’eau et la position de l’observateur. Deux personnes éloignées ne voient donc pas exactement le même arc, même face à la même averse.
Ce qui se passe dans une goutte
La lumière solaire change de direction en passant de l’air à l’eau : c’est la réfraction. Une partie se réfléchit sur l’arrière de la goutte, puis se réfracte à nouveau en ressortant. Les longueurs d’onde n’étant pas déviées de la même façon, la lumière blanche se disperse en un spectre continu.
Des millions de gouttes envoient de la lumière dans toutes les directions. L’œil en reçoit une forte concentration depuis certains angles. Pour l’arc principal, elle arrive autour de 42 degrés par rapport au point antisolaire. En pratique : placez le Soleil derrière vous et regardez la pluie éclairée.
Pourquoi le rouge est à l’extérieur
Dans l’arc principal, le rouge est moins dévié et occupe le bord extérieur ; le violet, davantage dévié, se trouve à l’intérieur. Les couleurs ne forment pas des bandes rigides : le spectre est continu.
L’arc est en réalité un cercle
La géométrie produit un cône de lumière dont l’œil est le sommet. L’arc visible est la circonférence où ce cône rencontre les gouttes. Depuis le sol, l’horizon cache la partie inférieure. Depuis un avion, une montagne ou un bâtiment élevé, des gouttes peuvent se trouver sous l’observateur et révéler une plus grande partie, parfois tout le cercle.
Son centre est exactement opposé au Soleil. Lorsque celui-ci est haut, le centre se situe loin sous l’horizon et l’arc visible est petit ou absent. Avec un Soleil bas, l’arc monte dans le ciel.
Comment se forme le double arc
L’arc secondaire résulte de deux réflexions internes au lieu d’une. La réflexion supplémentaire réduit l’intensité : le second arc est plus pâle et plus extérieur. L’ordre des couleurs s’inverse, avec le rouge à l’intérieur et le violet à l’extérieur.
La zone entre les deux paraît parfois plus sombre. Cette bande d’Alexandre correspond à des angles où moins de lumière est dirigée vers l’observateur ; ce n’est pas un nuage particulier.
Conditions favorables
- Le Soleil doit éclairer le dos de l’observateur.
- Pluie, bruine, embruns ou fines gouttes doivent se trouver devant lui.
- Un Soleil bas produit un arc plus haut et plus complet.
- Un fond nuageux sombre améliore le contraste sans créer l’arc.
- Les grosses gouttes donnent souvent des couleurs plus vives ; les petites les mélangent.
Peut-on atteindre son extrémité ?
Non. L’arc n’a pas de position géographique fixe. Quand l’observateur se déplace, d’autres gouttes renvoient la lumière vers ses yeux et l’arc semble l’accompagner. Une caméra proche enregistre elle aussi un arc légèrement différent.
Arc blanc et arc lunaire
Les minuscules gouttes de brouillard peuvent produire un arc large et blanchâtre, car les couleurs se chevauchent. Un clair de Lune intense peut également créer un arc lunaire. Il paraît souvent blanc à l’œil nu, peu sensible aux couleurs dans l’obscurité, tandis qu’une pose photographique longue peut en révéler.
L’Organisation météorologique mondiale classe les arcs-en-ciel parmi les photométéores dans son Atlas international des nuages. Pour l’observer, retenez simplement : Soleil derrière, gouttes éclairées devant.