L’Arc-en-ciel

La lumière naturelle qui baigne la Terre est dite lumière blanche.  C’est aussi ainsi que l’on qualifie, sans plus de précision, la lumière des lampes habituelles.

Cette lumière blanche peut-être décomposée – analysée – lorsqu’elle traverse, par exemple,  un prisme de verre.  En effet, chaque fois que la lumière passe d’un milieu à un autre, elle change de direction : c’est la réfraction de la lumière. Or cette réfraction est différente pour les différentes couleurs. Plus accusée pour le violet, elle est moindre pour le rouge. La dispersion des couleurs par un prisme est augmentée par deux réfractions successives, une sur chaque face du prisme.

Prisme de décomposition de la lumière

La lumière blanche est un assemblage de toutes les couleurs réunies. On dit parfois qu’il y en a 7 mais leur nombre est proprement infini et toutes les nuances sont possibles.

Dans la nature, l’arc-en-ciel se construit autour du même phénomène, les gouttes d’eau – de pluie ou de brume – jouant alors le rôle du prisme. L’arc-en-ciel apparaît lorsque le Soleil et la pluie sont présents simultanément ; l’arc parfois double s’affiche à l’opposé du Soleil sur le fond nuageux.

Schéma de la décomposition de la lumière à travers les gouttes de pluie.

L’arc-en-ciel est un phénomène complexe mais on peut comprendre que certains faisceaux de lumière solaire subissent, en traversant les gouttes de pluie, deux réfractions et une réflexion. Les deux réfractions dispersent les couleurs tandis que la réflexion ramène la lumière vers un observateur qui se tient le dos au Soleil. Pour un angle d’observation d’environ 42° par rapport à la direction des faisceaux solaires, il y a concentration des faisceaux colorés provenant de nombreuses gouttes d’eau. Une région du ciel apparaît alors très lumineuse et irisée.

L’interprétation de l’arc-en-ciel en tant qu’événement atmosphérique – apparition le matin ou l’après-midi, nécessité du Soleil et de la pluie – a souvent été magnifiée par sa signification mystique : l’arc-en-ciel est le symbole de l’alliance avec Dieu. Son importance dans l’histoire du développement de la physique est certainement à la mesure de la magnificence du phénomène.

Nous pouvons bien entendu recomposer la lumière blanche à partir des différentes couleurs : c’est ce que réalise le disque de Newton, un disque partagé en secteurs colorés et que l’on fait tourner rapidement. Toutes les couleurs se mélangent au même endroit du fait de la rotation rapide et nous percevons du blanc !