Arc-en-ciel

Arc-en-ciel

Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le spectre continu de la lumière du ciel quand le soleil brille pendant la pluie. C’est un arc coloré avec le rouge à l’extérieur et le violet à l’intérieur.

Bien qu’un arc-en-ciel couvre un spectre de couleurs continu, il est courant de distinguer plusieurs couleurs significatives afin de pouvoir mémoriser l’ordre de celles-ci. Isaac Newton découpa arbitrairement l’arc-en-ciel en sept couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.

L’arc-en-ciel contient un dégradé de couleurs recouvrant toutes les teintes, sauf le magenta.

On peut observer l’effet d’un arc-en-ciel toutes les fois où il y a de l’eau en suspension dans l’air et qu’une source lumineuse (en général le Soleil) brille derrière l’observateur. Les arcs-en-ciel les plus spectaculaires ont lieu lorsque la moitié du ciel opposée au Soleil est obscurcie par les nuages mais que l’observateur est à un endroit où le ciel est clair. Un autre endroit commun où l’on peut voir cet effet est à proximité de chutes d’eau.

Bien qu’on puisse voir que l’arc-en-ciel est en fait un dégradé, de nombreux dessinateurs choisissent de simplement représenter l’arc-en-ciel par des bandes de couleur monochromes — généralement les sept du découpage de Newton.

Couleurs présentes

L’arc-en-ciel contient une infinité de couleurs. Le spectre lumineux, dont la décomposition est entraînée par la réfraction, est en effet continu, ce qui signifie qu’il n’y a pas de frontière réelle entre les couleurs. En effet, comme pour tout dégradé, les couleurs différentes voisines sur le dégradé ne peuvent être distinguées entre elles par l’œil humain.

Il ne possède par contre qu’une partie de toutes les couleurs existantes : les couleurs saturées monochromatiques. C’est ainsi que le magenta n’est pas une couleur de l’arc-en-ciel. Le spectre s’étend du violet au rouge, et le magenta serait plutôt directement entre le rouge et le violet, sur la ligne des pourpres. Si le magenta est absent de l’arc-en-ciel, c’est donc parce qu’il ne correspond à aucune radiation pure. Cette couleur ne peut être obtenue que par combinaison de radiations, alors que l’arc-en-ciel résulte précisément de l’émission de chaque radiation du spectre lumineux dans une direction différente, comme la décomposition de la lumière obtenue à travers un prisme. Souvent, pour représenter toutes les couleurs, on ajoute le magenta au spectre, et on obtient une roue chromatique. Mais il ne faut pas oublier que cet ajout est arbitraire.

Cependant on choisit généralement de considérer que l’arc-en-ciel comprend quelques couleurs dominantes, en nombre fini. Ce nombre varie de 3 à 9 selon les cultures. Aristote discernait trois couleurs, Plutarque en mentionne quatre. Aujourd’hui en occident le nombre généralement retenu est sept, fixé par Isaac Newton : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Ce nombre sept a en partie été choisi à cause de l’analogie entre la lumière et le son, la gamme musicale comprenant sept notes par octave. Il correspond aussi approximativement au nombre de couleurs qu’un individu moyen peut discriminer dans le spectre lumineux.

Le plus critiqué des choix de Newton est de faire de l’indigo une couleur principale, alors qu’il correspond à une gamme de fréquences très étroite. Souvent, dans les figurations symboliques des arcs en ciel, on préfère donc l’éliminer pour ne garder que six couleurs, qui ont l’avantage de consister en trois couleurs (rouge, bleu, jaune) pouvant générer les trois autres par synthèse soustractive. Les sept couleurs retenues par Newton gardent cependant une forte influence culturelle. On peut citer par exemple le comic Green Lantern dans lequel les anneaux à super-pouvoirs existent dans les sept couleurs de l’arc-en-ciel (plus le noir).

Ces couleurs primaires conventionnelles ne correspondent pas du tout à celles utilisées en synthèse additive, correspondant au mécanisme physique en œuvre dans les arcs-en-ciel. L’œil humain possède des récepteurs, les cônes, sensibles à trois couleurs : rouge, vert et bleu. Les couleurs secondaires dans ce système sont jaune, cyan, magenta — le cyan (entre le vert et le bleu) n’est pas une couleur retenue dans le découpage de Newton et, comme on l’a vu, le magenta est absent de l’arc-en-ciel.

Formation de l’arc en ciel

L’arc-en-ciel est provoqué par la dispersion de la lumière du soleil par des gouttes de pluie approximativement sphériques. La lumière est d’abord réfractée en pénétrant la surface de la goutte, subit ensuite une réflexion partielle à l’arrière de cette goutte et est réfractée à nouveau en sortant. L’effet global est que la lumière entrante est principalement réfractée vers l’arrière sous un angle d’environ 40-42°, indépendamment de la taille de la goutte. La valeur précise de l’angle de réfraction dépend de la longueur d’onde (la couleur) des composantes de la lumière. La lumière bleue qui est réfractée a un plus grand angle que la lumière rouge, mais en raison de la réflexion totale, la lumière rouge apparaît plus haut dans le ciel et forme la couleur externe de l’arc-en-ciel.

Un arc-en-ciel n’a donc pas réellement d’existence physique mais est une illusion d’optique dont la position apparente dépend de la position de l’observateur et de celle du Soleil, le centre de l’arc-en-ciel étant la direction exactement opposée à celle du Soleil par rapport à l’observateur. Toutes les gouttes de pluie réfractent et reflètent la lumière du soleil de la même manière, mais seulement la lumière d’une petite partie des gouttes de pluie atteint l’œil de l’observateur.

C’est l’image formée par la lumière de ces gouttes de pluie que nous voyons sous forme d’arc-en-ciel.

Source : Scienceetechno

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