3 • Le prisme
65
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
C’est ainsi que, dans certaines directions,
on voit une accumulation de lumière.
Les cristaux se trouvant dans un cône
situé à 22° du Soleil nous renvoient donc
plus de lumière que les autres. Quand le
phénomène est complet, on voit un halo
lumineux à 22° de part et d’autre du
Soleil ; le halo est souvent réduit à deux
taches isolées situées de chaque côté du
Soleil. On les appelle les « faux soleils »
ou parhélies.
40
35
30
25
20
20
30
40
50
60
Angle d'incidence i 1 (degrés)
Déviation (degrés)
A = 60°
n = 1,31
Figure 3.12 • Évolution de la déviation
au voisinage de son minimum.
Celui-ci apparaît quand la lumière du soleil tombe sur les gouttes de pluie dans la
partie opposée au Soleil par rapport à un observateur. On voit alors totalement ou
partiellement un ou plusieurs arcs concentriques présentant les couleurs du spectre
solaire. On les observe généralement sous de gros nuages ou lorsqu’une averse est
immédiatement suivie d’une éclaircie. Il n’est pas rare d’en voir dans des chutes
d’eau, des fontaines, des embruns de vagues, des gouttes de rosée dans l’herbe...
René Descartes fut la première personne à donner, en 1637, une explication satisfaisante de l’arc-en-ciel. S’étant rendu compte que la forme de l’arc-en-ciel était indépendante de la taille des gouttes, il étudia le passage de la lumière à travers une
grosse goutte. Son expérience lui permit de conclure que la lumière entrant dans la
goutte d’eau sphérique était réfléchie sur la paroi interne de la goutte, puis en sortait. Il fut cependant incapable d’expliquer la présence des différentes couleurs.
C’est 30 ans plus tard qu’Isaac Newton comprit que la lumière blanche était un
mélange de couleurs et que les gouttes d’eau dispersaient ces couleurs pour former
l’arc-en-ciel.
Lorsque la lumière solaire rencontre des gouttelettes de pluie, la plupart des rayons
lumineux sont réfractés dans chaque goutelette, réfléchis une ou plusieurs fois à l’intérieur et réfractés une seconde fois. L’indice variant avec la longueur d’onde, un
phénomène de dispersion des couleurs, caractéristique principale de l’arc-en-ciel,
apparaît.
Le traitement théorique de ce phénomène est détaillé dans l’exercice 8 du
chapitre 2. On peut remarquer qu’il existe un rayon qui, frappant la goutte, émerge
à un angle maximum. Ce rayon est appelé « rayon de Descartes ». Tout autre rayon
frappant la goutte au-dessus ou en dessous de ce dernier émerge avec un angle voisin
de celui du rayon de Descartes. Il y a alors une concentration des rayons émergents à
un angle proche de 42°, ce qui produit le phénomène de l’arc-en-ciel. La figure 3.13
en présente le principe.
Ces rayons ne subissent qu’une réflexion et engendrent l’arc primaire. D’autres
subissent deux réflexions ; c’est l’arc secondaire, nettement moins intense et dont la
séquence de couleurs est inversée par rapport à l’arc primaire.
Encart 3.2. L’arc-en-ciel
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
C’est ainsi que, dans certaines directions,
on voit une accumulation de lumière.
Les cristaux se trouvant dans un cône
situé à 22° du Soleil nous renvoient donc
plus de lumière que les autres. Quand le
phénomène est complet, on voit un halo
lumineux à 22° de part et d’autre du
Soleil ; le halo est souvent réduit à deux
taches isolées situées de chaque côté du
Soleil. On les appelle les « faux soleils »
ou parhélies.
40
35
30
25
20
20
30
40
50
60
Angle d'incidence i 1 (degrés)
Déviation (degrés)
A = 60°
n = 1,31
Figure 3.12 • Évolution de la déviation
au voisinage de son minimum.
Celui-ci apparaît quand la lumière du soleil tombe sur les gouttes de pluie dans la
partie opposée au Soleil par rapport à un observateur. On voit alors totalement ou
partiellement un ou plusieurs arcs concentriques présentant les couleurs du spectre
solaire. On les observe généralement sous de gros nuages ou lorsqu’une averse est
immédiatement suivie d’une éclaircie. Il n’est pas rare d’en voir dans des chutes
d’eau, des fontaines, des embruns de vagues, des gouttes de rosée dans l’herbe...
René Descartes fut la première personne à donner, en 1637, une explication satisfaisante de l’arc-en-ciel. S’étant rendu compte que la forme de l’arc-en-ciel était indépendante de la taille des gouttes, il étudia le passage de la lumière à travers une
grosse goutte. Son expérience lui permit de conclure que la lumière entrant dans la
goutte d’eau sphérique était réfléchie sur la paroi interne de la goutte, puis en sortait. Il fut cependant incapable d’expliquer la présence des différentes couleurs.
C’est 30 ans plus tard qu’Isaac Newton comprit que la lumière blanche était un
mélange de couleurs et que les gouttes d’eau dispersaient ces couleurs pour former
l’arc-en-ciel.
Lorsque la lumière solaire rencontre des gouttelettes de pluie, la plupart des rayons
lumineux sont réfractés dans chaque goutelette, réfléchis une ou plusieurs fois à l’intérieur et réfractés une seconde fois. L’indice variant avec la longueur d’onde, un
phénomène de dispersion des couleurs, caractéristique principale de l’arc-en-ciel,
apparaît.
Le traitement théorique de ce phénomène est détaillé dans l’exercice 8 du
chapitre 2. On peut remarquer qu’il existe un rayon qui, frappant la goutte, émerge
à un angle maximum. Ce rayon est appelé « rayon de Descartes ». Tout autre rayon
frappant la goutte au-dessus ou en dessous de ce dernier émerge avec un angle voisin
de celui du rayon de Descartes. Il y a alors une concentration des rayons émergents à
un angle proche de 42°, ce qui produit le phénomène de l’arc-en-ciel. La figure 3.13
en présente le principe.
Ces rayons ne subissent qu’une réflexion et engendrent l’arc primaire. D’autres
subissent deux réflexions ; c’est l’arc secondaire, nettement moins intense et dont la
séquence de couleurs est inversée par rapport à l’arc primaire.
Encart 3.2. L’arc-en-ciel