comment se forme un arc en ciel ?

L’arc en ciel que l’on observe quand il y a du soleil et de la pluie est un phénomène optique qui permet d’observer le spectre de la lumière.
Pourquoi ce phénomène se produit-il ?

Voyons d’abord comment la lumière se décompose dans une goutte d’eau :

 

La lumière pénètre dans la goutte, il y a une première réfraction (1) des rayons lumineux (ceux-ci sont déviés du fait du passage de l’air à l’eau). En fonction de la longueur d’onde (couleur) l’angle par laquelle la lumière est déviée est différent, cela entraîne une dispersion de la lumière blanche : comme dans un prisme, on peut voir le spectre des couleurs.
On a ensuite une réflexion (partielle) (2) à l’arrière de la goutte, puis une seconde réfraction (3) à la sortie de la goutte.
La lumière blanche nous apparaît alors sous forme d’un spectre continu.

Mais vous l’aurais remarqué (?) : ici le violet apparaît dans la partie haute du spectre, alors que dans l’arc en ciel, c’est le contraire…

Comment expliquer le sens des couleurs de l’arc en ciel ?

Bien sûr, il n’y a pas qu’une seule goutte…La lumière décomposée issue des différentes gouttes apparaît à l’observateur sous un angle différent : c’est pour ceci que le rouge apparaît dans la partie haute de l’arc-en-ciel.

 

De la même manière, dans l’illustration ci dessous, on comprends pourquoi le spectre de la lumière nous apparaît comme un arc . L’observateur ne voit qu’une partie de la lumière dispersée par les gouttes de pluies : celle qui parviens à ses yeux.

La taille de l’arc en ciel dépend de la distance entre l’observateur et la zone de pluie ainsi que la hauteur du soleil.

Et pourquoi, parfois, peut-on voir 2 arcs en ciel (séparés par une bande sombre) ?

En fait, il est quelquefois possible de voir un second arc en ciel plus pâle avec les couleurs inversées (séparé du premier par une bande sombre, appelée aussi bande d’Alexandre).

En fonction du point d’entrée de la lumière dans la goutte, elle sera dispersée ou non.

 

 

 

 

Et pour la bande sombre entre les deux arcs-en-ciel :

1: Entrée de la lumière à l’origine de l’arc en ciel principal

2: Entrée de la lumière sans dispersion à l’origine de la bande sombre
3: Entrée de la lumière à l’origine de l‘arc en ciel secondaire

( les couleurs sont inversées par rapport à l’arc principal du fait de la double réflexion)

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