L’'ARC-EN-CIEL

Une photographie de l'ARC-EN-CIEL.

que sont dues toutes ces apparences; leur diversité tient aux orientations différentes que peuvent prendre les cristaux hexagonaux de glace, très petits, lorsqu'ils tombent lentement à travers l'atmosphère.

L'arc-en-ciel, dont la première explication fut donnée par Descartes, se produit du côté opposé au Soleil, lorsque celui-ci brille en même temps qu'il tombe de la pluie dans la direction opposée à celle dans laquelle il se trouve. Pour voir un arc-enciel, il faut donc qu'en tournant le dos au Soleil, on ait devant soi un nuage en train de se résoudre en pluie. Il faut de plus que l’astre remplisse certaines conditions au point de vue de sa hauteur au-dessus de l'horizon.

rappelons d'abord l'aspect du phénomène. L’observateur,

tournant le dos-au Soleil, aperçoit dans la partie pluvieuse et par conséquent sombre du ciel un ou deux arcs colorés concentriques, le plus éclatant étant le plus petit, situé à l’intérieur. Le centre commun de ces arcs serait sur une ligne droite passant par le Soleil et par l'œil du spectateur.

Les deux arcs sont colorés de façon différente. Dans l'arc intérieur, le plus brillant, les couleurs du spectre solaire : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge, se succèdent de façon que le violet soit à l’intérieur de l'arc et le rouge en dehors; la disposition des couleursest inverse pour l'arc extérieur, le moins brillant des deux. Les ouvertures moyennesdescônes, dont le sommet serait l'œil de l'observateur et les deux arcs seraient la base, sont de 41 degrés pour l'arc intérieur et de 52 degrés pour l’arc extérieur.

F1G. 187. — Explication de l'ARC-EN-CIEL.

Le phénomène de l’arc-en-ciel est dû à la réfraction et à la décomposition de la lumière solaire par les gouttes sphériques de la pluie ainsi qu'au phénomène de la réflexion totale.

Si un rayon de soleil S I (fig. 187) rencontre une goutte de pluie, il y pénètre et est dévié par la réfraction, suivant I A.

En A, il subit la réflexion totale, suivant A ['. Arrivé en pl sort de la goutte suivant la direction l'R, accomplissant ainsi

un trajet A I! R symétrique de sa route d’ «aller » S I A, et qui le fait « revenir » vers l’œil de l’observateur tournant le dos au Soleil. Quand l'angle d'incidence des rayons solaires sur la goutte varie, la déviation d résultant des deux réfractions et de la réflexion totale change également. Mais le calcul montre que cette déviation passe par une valeur minima aux environs de laquelle elle varie peu; comme cette déviation minima diffère un peu suivant les diflérentes radiations composantes de la lumière blanche, séparées les unes des autres par le passage à travers la goutte d’eau réfringente, comme elles le seraient par un prisme, il en résulte que les rayons émergents seront renvoyés vers l'observateur, répartis sur des cônes très voisins. Le calcul montre que ces déviations doivent être de 138 degrés pour le rouge et de 140 degrés pour le violet; les angles complémentaires de ceux-ci sont 42 degrés et 40 degrés, dont la valeur moyenne est 41 degrés. C’est donc sur un cône ayant 41 degrés d'ouverture que l’observateur verra l’arc intérieur, comme le fait comprendre la figure 188. Le second arc-enciel, l'arc extérieur, est produit par les rayons lumineux qui subissent, dans l’intérieur des gouttelettes de pluie, deux réflexions totales (fig. 189). Alors, comme ses rayons se croisent à la sortie, on comprend que les couleurs de cet arc soient disposées dans l’ordre inverse de celui qu’elles ont dans l’arc intérieur. On explique, de la même manière que pour le premier arc, le fait que le cône de visibilité du second arc ait une ouverture de 52 degrés.

Parfois, mais très exceptionnellement, on observe, à l’extérieur du second arc et à l’intérieur du premier, des arcs surnuméraires à bandes vertes et violettes ; ces arcs, très pèles, sont dus à la diffraction.

FIG. 188. — Conditions de VISIBILITÉ de l'arc-en-ciel.

Une conclusion pratique résulte de ceci, c'est que l'arc-enciel ne peut pas être visible quand la hauteur du Soleil audessus de l'horizon est supérieure à 42 degrés; dès que la hauteur de l'astre dépasse cette valeur, le premier arc en entier est au-dessous de l'horizon, donc invisible. Par conséquent, à Paris, pendant l'été, l’arc-en-ciel ne sera jamais visible au milieu de la journée; on ne pourra le voir que le soir ou le matin; tandis qu'au contraire, au voisinage du solstice d'hiver, il sera observable à toute heure, si les conditions théoriques de sa formation se trouvaient réalisées. Et, dans les contrées intertropicales, on ne pourra l’observer que pendant les premières ou les dernières heures de la journée.

Il est, d’ailleurs, facile de répéter artificiellement la production de l’arc-en-ciel; il suffit de se placer entre le Soleil et une nappe d'eau qui retombe en fines gouttelettes : par exemple celle d'un jet d'eau ou d'une cascade naturelle; et le phénomène présente alors un éclat de coloration particulier dù à ce que les gouttes qui décomposent la lumière sont très rapprochées de l'observateur.

Î F1G.189. —Explication de l'arc-en-ciel EXTERIEUR.

L'EAU EST LE FACTEUR PRINCIPAL DE L'ALTÉERATION DE LA SURFACE TERRESTRE