L' arc-en-ciel

"C'est quoi l'arc-en-ciel?". Petits et grands, nous sommes toujours fascinés par l'apparition d'un arc-en -ciel quand  le Soleil nous sourit après la pluie. L'arc-en-ciel est un symbole d'optimisme, de renouveau, d'espoir. Cherchons à comprendre ce phénomène météorologique.

Les couleurs de l'arc-en-ciel  

                                                                                  
 La lumière du soleil frappe un écran, un mur de gouttelettes de pluie. Lorsqu'un rayon de soleil rencontre une goutte d'eau sphérique, il y a une première réfraction (déviation des rayons), puis une réflexion, puis une deuxième réfraction à la sortie de la goutte d'eau.
L'indice de réfraction de l'eau n'est pas le même pour les différentes couleurs composant la lumière blanche du soleil, leurs déviations sont différentes. Il en résulte l'apparition des diverses couleurs à la sortie de la goutte d'eau.

La disposition des couleurs

Un observateur qui regarde l'arc-en-ciel a le soleil dans le dos. Il remarquera que la disposition des 7 couleurs est toujours la même: rouge (à l'extérieur), orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet (à l'intérieur).

Explication:
L'intensité lumineuse d'une couleur dépend de l'inclinaison des rayons et cette inclinaison dépend de la hauteur de la goutte d'eau.

Images de Kidi'Science

La figure ci-contre montre des gouttes de pluie à différentes hauteurs. La goutte la plus haute (inclinaison des rayons la plus grande) réfléchit au maximum le rouge, notre oeil ne verra que le rouge. Les gouttes de plus en plus basses (inclinaison des rayons de plus en plus petite) réfléchissent au maximum l'orange, le jaune, le vert, le bleu, l'indigo, le violet. Ce sont les couleurs que nous verrons, dans cet ordre, dans l'arc-en-ciel.

Des arcs de cercle parfaits, de même centre

On est toujours émerveillé par la perfection de ces arcs de cercle qui constituent un arc-en-ciel. Et tous ces arcs immenses ont le même centre!

Explication:

Images de "Le Repaire des Sciences"

Les rayons lumineux constituant chaque couleur engendrent des cônes de même sommet, l'oeil O de l'observateur, et de même axe, la droite passant par O et parallèle aux rayons du soleil.
Le cône extérieur est formé des rayons rouges (pardon, je n'ai pas trouvé de figure avec des couleurs) qui font un angle de 42° environ avec la direction du soleil. Cet angle est aussi l'angle du cône. Les autres cônes ont des angles de plus en plus petits, le cône violet a pour angle 40° environ.
La coupe de ces cônes avec le plan des gouttes de pluie sont les magnifiques cercles de l'arc-en-ciel. Le centre de ces cercles est le point de rencontre de l'axe des cônes avec le plan des gouttes.

Un double arc-en-ciel

Pris en Pologne le 13 avril 2017 par Kamila Mazurkiewicz Osiak

La plupart du temps on observe un seul arc-en-ciel appelé arc primaire. Mais il arrive que cet arc primaire, s'il est très lumineux, s'accompagne d'un arc secondaire dont l'ordre des couleurs est inversé (figure ci-contre). Cet arc-en-ciel est plus étalé et moins brillant que le premier.



Quand votre enfant vous demandera: " C'est quoi l'arc-en-ciel ? " vous saurez maintenant lui expliquer ce que je crois avoir compris.