Comment expliquer la formation d'un arc-en-ciel ?

Résumé du document

L'arc-en-ciel, en tant que phénomène lumineux, est un météore, au même titre que les aurores polaires ou les étoiles filantes. En forme d'arc, étalant sa plus belle palette de couleurs, il éblouit ses observateurs des plus petits aux plus grands. Cet évènement, que chacun de nous ne voit que rarement dans sa vie, ne se produit que dans des conditions météorologiques très précises. En effet, pour voir un arc-en-ciel, il faut que tous les facteurs nécessaires à sa visibilité soient réunis au même moment : le jour, le soleil, les gouttes de pluie en suspension, et bien d'autres détails devant coïncider.

Extraits

[...] En effet, nous ne sommes pas parvenues à expliquer dans les détails la forme de l'arc-en- ciel, bien que nous ayons cherché à en comprendre le maximum. Au contraire, nous avons assimilé parfaitement certains points : la décomposition de la lumière solaire en sept autres couleurs et les conditions nécessaires à la formation et à la visibilité de l'arc-en-ciel. Au fil des expériences et de nos recherches, nous avons réussi petit à petit à saisir la formation de cet arc coloré, qui apparaît les jours de pluie pour les égayer, aussi complexe qu'intéressante : le rayon solaire, par la magie des gouttes, se transforme en un arc de lumière. [...]

[...] Nous avons observé sur le support blanc une bande colorée composée des couleurs de l'arc-en-ciel, comme nous le montre la photo de notre expérience ci-dessous. Le miroir a inversé le sens du spectre : en réalité, on ne peut voir un arc-en-ciel qu'en ayant le Soleil dans le dos et la pluie devant. Malheureusement, cette expérience n'est pas réaliste car les gouttes d'eau agissent en quelque sorte selon un miroir, mais avec deux réfractions et une réflexion alors que le miroir renvoie directement l'image, même s'il disperse les couleurs. [...]

[...] Par ces observations, nous en sommes venus à nous demander Comment expliquer la formation d'un arc-en-ciel ? C'est pourquoi dans un premier temps nous nous intéresserons à la forme arquée de ce chef-d'œuvre, aux raisons pour lesquelles on n'observe pas simplement une bande colorée ; Nous modéliserons ensuite la dispersion des couleurs, pour tenter de trouver une explication à cet extraordinaire rayonnement coloré ; Par la suite, nous nous préoccuperons des conditions exactes nécessaires à la formation et à la bonne visibilité de l'arc-en-ciel ; Pour finir, nous expliquerons de quelles manières nous avons essayé de réaliser un arc-en-ciel artificiel. [...]

[...] II La décomposition de la lumière L'arc-en-ciel est un phénomène de décomposition de lumière sur un mur d'eau. Effectivement, l'arc-en-ciel résulte de la décomposition de la lumière solaire par chacune des gouttes d'eau en suspension dans l'air Expérience : le prisme de verre La lumière solaire, qui est blanche, est productrice d'un arc-en-ciel à sept couleurs. Pour modéliser ce phénomène, nous avons réalisé l'expérience de la décomposition de la lumière blanche par le prisme, c'est- à-dire un coin de verre. [...]

[...] Ce centre C est forcément situé au dessous de l'horizon, puisque le soleil est toujours au dessus de l'horizon et la droite violette toujours parallèle aux rayons solaires. On en déduit que le centre du cercle étant invisible, la partie inférieure de celui-ci l'est également, puisqu'elle se situe sous la ligne d'horizon (ligne marron sur le schéma). Elle est donc cachée par la Terre. La partie visible du cercle est donc inférieure à un demi-cercle. La partie cachée du cercle-en-ciel est formée des arcs de cercle non visibles par l'observateur qui ne voit que l'autre moitié des cercles, au nombre des gouttes dans le ciel. [...]