Si vous n’aviez aucune idée de ce qu’est un arc-en-ciel ou de ce qui le cause, vous pourriez en fait croire certaines des légendes que différentes cultures anciennes ont créées pour l’expliquer. Les arcs-en-ciel sont parmi les plus beaux de la nature.

Arc-en-ciel à Suuroy, îles Féroé. Photo d’Erik Christensen.

Un arc-en-ciel n’est pas vraiment une «chose» et il n’existe pas dans un «endroit» particulier. C’est un phénomène optique qui apparaît lorsque la lumière du soleil et les conditions atmosphériques sont parfaites et que la position du spectateur est juste pour le voir.

Quand pouvez-vous voir un arc-en-ciel?

Un arc-en-ciel a besoin de gouttelettes d’eau pour flotter dans l’air. C’est pourquoi nous les voyons juste après la pluie. Le soleil doit être derrière vous et les nuages se sont éloignés du soleil pour que l’arc-en-ciel apparaisse.

Pourquoi un arc-en-ciel est-il un arc – ou un arc?

Un arc-en-ciel complet est en fait un cercle complet, mais du sol nous n’en voyons qu’une partie. Depuis un avion, dans les bonnes conditions, on peut voir un arc-en-ciel circulaire entier.

Depuis un avion volant, vous pouvez voir un plein- cercle arc-en-ciel. Crédit: NOAA.

Que se passe-t-il dans les gouttelettes d’eau?

La lumière du soleil brille sur une goutte d’eau. Lorsque la lumière passe dans la gouttelette, la lumière se plie ou se réfracte un peu, car la lumière se propage plus lentement dans l’eau que dans l’air (car l’eau est plus dense). Ensuite, la lumière rebondit sur l’arrière de la gouttelette d’eau et retourne comme elle est venue, se pliant à nouveau lorsqu’elle accélère lorsqu’elle sort de la gouttelette d’eau.

La lumière pénètre dans une gouttelette d’eau, se pliant alors qu’elle ralentit un peu, passant de l’air à une eau plus dense. La lumière se réfléchit à l’intérieur de la gouttelette, se séparant en ses longueurs d’onde ou couleurs. Quand il sort de la gouttelette, il forme un arc-en-ciel.

Pourquoi les couleurs?

La lumière du soleil est composée de plusieurs longueurs d’onde – ou couleurs – de lumière. Certaines de ces longueurs d’onde se courbent plus que d’autres lorsque la lumière pénètre dans la gouttelette d’eau. Le violet (la plus courte longueur d’onde de la lumière visible) se plie le plus, le rouge (la plus longue longueur d’onde de la lumière visible) se plie le moins. Ainsi, lorsque la lumière sort de la gouttelette d’eau, elle est séparée en toutes ses longueurs d’onde. La lumière réfléchie vers vous, l’observateur avec la lumière du soleil venant de derrière vous, des gouttelettes d’eau apparaîtra séparée dans toutes les couleurs de l’arc-en-ciel! Le violet sera en bas et le rouge en haut.

Qu’est-ce qui fait un double arc-en-ciel?

Un arc-en-ciel secondaire apparaît si la lumière du soleil est réfléchie deux fois à l’intérieur des gouttelettes d’eau. Les arcs-en-ciel secondaires sont plus pâles et l’ordre de la couleur est inversé, avec du rouge en bas. Crédit: Leonardo Weiss via Wikimedia Commons.

Parfois, vous pouvez voir un autre arc-en-ciel secondaire plus faible au-dessus de l’arc-en-ciel primaire. L’arc-en-ciel primaire est causé par une réflexion à l’intérieur de la gouttelette d’eau. L’arc-en-ciel secondaire est provoqué par une seconde réflexion à l’intérieur de la gouttelette, et cette lumière « refletée » sort de la goutte à un angle différent (50 ° au lieu de 42 ° pour l’arc primaire rouge). C’est pourquoi l’arc-en-ciel secondaire apparaît au-dessus l’arc-en-ciel primaire. L’ordre des couleurs de l’arc-en-ciel secondaire sera également inversé, avec le rouge en bas et le violet en haut.