3-5 min
November 27, 2023
HD Sciences 16
Dans cet article de HD Sciences, les méthodes traditionnelles de mesure de la pluie, telles que les pluviomètres et les radars, sont explorées en détail. Ces instruments bien documentés et complémentaires ont permis des décennies de mesures fiables des précipitations, mais l'article souligne la nécessité de revenir sur le concept de mesure de la pluie, qui peut ne pas être aussi intuitif qu'il semble.
Lire

Arcs-en-ciel

August 30, 2023
3-5 min

Qu'est-ce qu'un arc-en-ciel ?

Un arc-en-ciel se définit tout simplement comme un arc de couleurs (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet) que l'on peut voir traverser le ciel, généralement d'un bout à l'autre de l'horizon. Les arcs-en-ciel sont visibles dans le monde entier et sont ancrés dans les cultures et les mythes depuis des siècles. Cependant, malgré l'aspect tangible, historique et presque magique de ces arcs-en-ciel, ces derniers peuvent être considérés comme un phénomène météorologique. En termes simples, lorsque la lumière se reflète sur les particules d'eau atmosphériques, un reflet temporaire est créé dans le ciel, qui ne peut être vu que dans de bonnes conditions et au bon endroit. Un arc-en-ciel est essentiellement une illusion d'optique météorologique.

Formation de l'arc-en-ciel

Physique de base

Pour comprendre le fonctionnement d'un arc-en-ciel, il faut d'abord comprendre la physique de la lumière. Un rayon de lumière est composé de nombreuses longueurs d'ondes différentes. Cela comprend les rayons ultraviolets très courts, les rayons infrarouges longs et tout ce qui se trouve entre les deux (également connu sous le nom de spectre de la lumière visible). Le spectre de la lumière visible s'étend des ondes violettes de 400 nanomètres aux ondes rouges de 650 nanomètres. Lorsque tous ces rayons lumineux sont regroupés, ils forment une masse blanche. Cependant, un objet tel qu'un prisme peut aider à séparer les nombreux rayons de lumière, afin que nous puissions voir les nombreuses couleurs contenues dans la lumière "blanche".

Les prismes aident à séparer les rayons lumineux par des processus appelés réfractions et réflexions. Ces processus modifient la direction d'une onde lumineuse : les réfractions courbent la lumière et les réflexions la font rebondir. Ce n'est que lorsque la lumière frappe un prisme à un angle précis (environ 42 degrés) que les rayons lumineux peuvent se réfracter et se réfléchir correctement et créer un arc-en-ciel.

Conditions nécessaires à la création d’un arc-en-ciel :

En laboratoire, un arc-en-ciel est créé à l'aide d'une ampoule électrique et d'un prisme en verre, mais il est également possible de créer des arcs-en-ciel dans la nature. Dans un contexte environnemental, le soleil sert de source de lumière pour les arcs-en-ciel et les gouttelettes d'eau servent de prisme. Lorsque la lumière du soleil pénètre dans une gouttelette d'eau, elle est réfractée et réfléchie plusieurs fois et sous plusieurs angles, jusqu'à ce qu'un arc-en-ciel soit créé. Ces gouttelettes d'eau peuvent se trouver dans différents contextes : la pluie, la brume des chutes d'eau, le brouillard et les embruns servent tous de "prismes".

Bien que nous ne voyions les arcs-en-ciel que sous la forme d'une arche, les arcs-en-ciel sont en fait des cercles (qui disparaissent au-delà de l'horizon). Cela signifie que chaque spectateur verra un arc-en-ciel différemment, en fonction de l'endroit où l'horizon s'arrête pour lui. Le centre de ces "cercles" est appelé le point anti-solaire - un point "imaginaire" opposé au soleil qui sert de centre au cercle que l'arc-en-ciel entoure. La taille du cercle de l'arc-en-ciel est déterminée par le degré de réfraction de la gouttelette d'eau qu'il pénètre. Par exemple, l'eau salée est très réfringente et produira un arc-en-ciel plus petit, tandis que l'eau douce est moins réfringente et produira un arc-en-ciel plus grand.

Variations de l'arc-en-ciel

Double arc-en-ciel

Un double arc-en-ciel est un type d'arc-en-ciel qui se produit lorsque deux arcs-en-ciel parallèles apparaissent. Un double arc-en-ciel peut se produire lorsque la lumière du soleil est réfléchie deux fois dans la même goutte de pluie. Comme la lumière est réfléchie plusieurs fois, l'un des arcs-en-ciel est généralement beaucoup plus faible et présente ses couleurs à l'envers (rouge à l'intérieur et violet à l'extérieur, plutôt que l'inverse).

Arc-en-ciel lunaire

L’arc-en-ciel lunaire est un phénomène créé par la lumière réfléchie par la lune. La lune elle-même n'émet pas de lumière, mais reflète la lumière émise par le soleil, les étoiles et la terre. Cependant, la lumière de la lune est environ 400 000 fois plus faible que celle du soleil, ce qui signifie que les arcs-en-ciel sont souvent très faibles.

ⓒ METEO HERAULT

Arc-en-ciel monochrome

Les arcs-en-ciel monochromes, ou arcs-en-ciel rouges, sont un type particulier d'arc-en-ciel qui n'apparaît qu'en une seule couleur. Ces arcs-en-ciel apparaissent lorsque la lumière doit parcourir une grande distance avant d'atteindre les gouttelettes d'eau. Ce long voyage signifie qu'une grande partie des rayons bleus et violets, plus courts, sont dispersés, ne laissant que les rayons rouges. Ces arcs-en-ciel se produisent généralement au lever ou au coucher du soleil, lorsque le soleil est bas sur l'horizon.

Spectre de Brocken

Le Spectre de Brocken est un phénomène météorologique captivant se produisant lorsque le soleil brille derrière vous et projette votre ombre sur les nuages ou le brouillard devant vous. Son nom provient de la montagne allemande Brocken, où il fut observé pour la première fois.

Quand la lumière solaire traverse les gouttes d'eau ou les cristaux de glace dans les nuages ou le brouillard, elle se fragmente en différentes couleurs, créant une séparation de teintes semblable à un arc-en-ciel. Cette division colorée est appelée dispersion de la lumière. Le Spectre de Brocken se produit lorsque ces couleurs dispersées rencontrent votre ombre projetée sur les nuages ou le brouillard.

Pourquoi cette ombre est-elle entourée d'un cercle coloré dans les nuages ? La réfraction de la lumière en est la raison. Les gouttes d'eau ou les cristaux de glace dévient la lumière solaire de sa trajectoire, formant un cercle coloré autour de votre ombre.

Pour une observation optimale, des points de vue en hauteur, comme le sommet d'une montagne, sont recommandés. Ceci permet à votre ombre de s'étendre sur une surface plus vaste de nuages ou de brouillard. Les conditions idéales se rencontrent lorsque le soleil se trouve derrière vous et que les nuages ou le brouillard se dressent devant vous.

En bref, le Spectre de Brocken résulte de la dispersion et de la réfraction de la lumière solaire à travers les particules des nuages ou du brouillard. Il engendre un cercle coloré autour de votre ombre projetée, offrant un spectacle naturel et saisissant dans le ciel.

Fun facts

L'arc-en-ciel est un motif populaire dans la mythologie. Dans de nombreuses cultures, les arcs-en-ciel sont représentés comme des ponts entre les mondes humain et surnaturel. Parmi les exemples, citons le Bifrost de la mythologie nordique et les ponts arc-en-ciel des cultures japonaise et gabonaise. Parfois, l'arc-en-ciel est aussi un symbole de danger, comme dans certaines régions de l'Amazonie, où il est associé à la maladie. Le mythe le plus célèbre concernant les arcs-en-ciel est la légende irlandaise du leprechaun. Dans cette légende, un lutin garde un pot de glace au bout de l'arc-en-ciel, que personne ne peut trouver.