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qu'est ce que l'arc en ciel?

Même s'ils ont toujours existés, les arcs-en-ciel ne sont expliqués que depuis la fin des années 1660, suite à une expérience de Newton qui a déduit que la lumière blanche était en fait une combinaison de toutes les couleurs du spectre visible. (Il avait fait passer un rayon de lumière à travers un prisme en verre et ce rayon avait été réfracté et décomposé en un spectre de couleurs).
Donc, l'arc-en-ciel est dû à la réfraction et à la réflexion des rayons solaires (vers l'observateur) par chacune des gouttes d'eau. Chacune d'elle est donc un minuscule prisme. L'arc-en-ciel se présente sous la forme d'une bande continue, parce que les gouttes se ressemblent beaucoup.

La réfraction est un phénomène naturel séparant la lumière du Soleil en ses différentes couleurs. Quand le Soleil brille dans une atmosphère claire, sa lumière apparaît blanche. La lumière blanche est composée de nombreuses couleurs. Quand le Soleil brille à travers la pluie, elle se décompose en de multiples couleurs: rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet, car les gouttes d'eau agissent comme un prisme. En passant à travers chaque gouttelette, la lumière blanche est réfractée et chacune des couleurs est déviée suivant un angle différent, de sorte qu'on voit diverses couleurs s'étalant comme un ruban sous la forme d'un arc majestueux. Cet arc a un rayon d'environ 42 degrés. Le rouge se trouve toujours sur le bord extérieur alors que le violet est à l'opposé, le plus près du sol.

L'arc-en-ciel dépend du mouvement des gouttes de pluie, de la position du Soleil et de celle de l'observateur au sol. Il n'y a donc pas deux personnes observant le même arc-en-ciel, puisqu'il est produit par différentes gouttes d'eau. Chaque observateur voit un ensemble différent de gouttes d'eau. Autrement dit, chaque couleur que chacun voit provient de différentes gouttes. Évidemment, on ne peut jamais atteindre un arc-en-ciel, puisqu'il se déplace en même temps que nous et que notre angle d'observation change sans cesse.

La grosseur des gouttes a de l'importance sur l'allure que prendra l'arc-en-ciel. Plus les gouttes sont grosses, mieux est dispersée la lumière et plus l'arc-en-ciel sera coloré. Si elles sont petites - comme les gouttes de bruine (0,05mm) - l'arc-en-ciel paraîtra pâle. Donc, les plus beaux arcs-en-ciel sont ceux qui arrivent après un orage ou une grosse averse.
Il arrive qu'on ne voit qu'une partie de l'arc, quand la pluie est irrégulière ou que les nuages sont déchirés. Les chutes de neige ne forment jamais d'arcs-en-ciel.

Autres types d'arc-en-ciel...

Tôt le matin, alors que le Soleil réchauffe le sol et tente de faire dissiper des formations brumeuses, un arc-en-ciel peut se former. C'est le brouillard qui le provoque; on appelle alors l'arc-en-ciel, boucle de brouillard. On rappelle qu'un brouillard est un nuage au sol; quand les rayons solaires rencontrent les gouttelettes d'eau dans ce brouillard, un arc-en-ciel se produit. Il sera cependant très pâle, voire incolore, car les minuscules gouttelettes d'eau du brouillard dispersent mal la lumière.

Un soir de pleine Lune (ou presque), lorsqu'elle est relativement basse sur l'horizon, il peut aussi y avoir des arcs-en-ciel à cause de la lumière réfléchie par la Lune qui se réfracte au contact de la pluie. Ils sont alors peu colorés et plutôt blafards (couleurs pâles), avec parfois un bord rouge pâle.

Comment observer un arc-en-ciel?

Le ciel ne doit pas être complètement couvert ou dégagé; ça prend au moins quelques nuages. Il faut avoir le Soleil derrière soi et de la pluie ou de l'eau qui tombe en avant de soi. Ce sont les gouttes d'eau présentes dans l'air qui causent l'apparition de l'arc-en-ciel. Celui-ci apparaît donc dans la direction opposé au Soleil. Plus le Soleil est bas, plus l'arc-en-ciel est haut. A l'opposé, plus il est haut, plus l'arc-en-ciel sera plat et il deviendra invisible dès que le Soleil sera à plus de 42 degrés au-dessus de l'horizon, à cause de l'angle avec lequel les gouttes d'eau dévient la lumière. En fait, il faut absolument que le Soleil se situe en-dessous de 42 degrés de hauteur pour avoir un arc-en-ciel.

On peut soi-même créer un arc-en-ciel en envoyant un large jet d'eau devant soi, alors qu'on est dos à un Soleil assez bas dans le ciel.

Peut-on observer plus qu'un arc-en-ciel à la fois?

Si la lumière frappe les gouttes de pluie à un angle particulier et qu'elle est réfléchie 2 fois, un second arc-en-ciel, plus large, entourera le premier. Il faut pour cela que l'arc-en-ciel principal soit très brillant; le second sera plus faible, puisque la lumière est reflétée 2 fois par chacune des gouttes. C'est aussi pourquoi les couleurs du second arc-en-ciel sont inversées. Ce deuxième arc-en-ciel a un rayon d'environ 51 degrés, alors que le premier est de 42 degrés.

Entre ces 2 arcs, on peut observer un pan du ciel moins lumineux: c'est la bande sombre d'Alexandre, nommé en l'honneur d'Alexandre d'Aphrodisias qui fut le premier à en proposer une description aux alentours de 200 avant J.-C.
Il arrive aussi qu'à l'intérieur de l'arc principal, partie plus claire, on observe des bandes alternativement roses et vertes. Celles-ci sont appelées arcs surnuméraires et sont dues à des interférences lumineuses.
Il est rare, mais il peut arriver qu'on observe 6 arcs-en-ciel secondaires, contigus au bord interne (violet) de l'arc principal.