grand oral: D’où provient le phénomène d’ arc en ciel ?

« D’où provient le phénomène d’ arc en ciel ? Nous nous sommes tous déjà demandé, étant petits, comment se formait ce trait multicolore qui apparaît parfois dans le ciel.

Personnellement, mon père m’avait apprit que celui ci se créait grâce à la pluie et la lumière du Soleil, mais cette explication très brève m’avait laissé encore trop intriguée par cet arc de cercle coloré qui semblait léviter dans le ciel.

C’est pourquoi aujourd’hui, toujours autant fascinée et une fois plus renseignée, j’ai décidé de vous présenter plus en détails d’où provient ce phénomène en 3 parties.

Dans un premier temps, la définition de l’arc en ciel, ensuite dans un deuxième temps les étapes de sa formation, et enfin dans un 3ème temps la description physique de l’arc en ciel. (I – Définition de l’arc en ciel) Tout d’abord, un arc en ciel est un phénomène optique lumineux qui se produit dans l’atmosphère de la Terre et que l’on appelle photométéore*.

Celui ci est observable dans le ciel sous des conditions précises qui sont les suivantes, une atmosphère chargée d’eau et un soleil bas sur l’horizon.

Plus ce soleil sera bas, plus l’arc sera grand et visible.

Il suffit de se situer entre la source lumineuse que présente dans la majorité des cas le Soleil, et l’eau sous forme de goutte pour nous permettre d’observer ce phénomène dans la direction opposée au Soleil.

Pour mieux vous repérer, vous pouvez observer les différentes position sur le document 1 de l’annexe. Comme je vous l’ai dis précédemment, l’arc en ciel est, comme son nom l’indique, sous forme d’arc et peut dans certains cas rares être perçue sous la forme d’un cercle complet.

De plus il est également possible d’observer plusieurs arcs en ciel à la fois, mais je vais d’abord vous expliquer la formation de celui ci avant d’aborder ces cas particuliers. (II – Formation) L’arc en ciel se forme à l’aide de 2 composants qui sont le Soleil (ou une source lumineuse blanche quelconque), et des gouttes d’eau. La lumière émise par le Soleil est blanche*, ce qui signifie qu’elle est le résultat de toutes les couleurs du spectre, elle est donc polychromatique.

Lorsque cette lumière blanche atteint les gouttes d’eau, elle subit une réfraction, ce qui signifie qu’en rentrant dans la goutte d’eau, les ondes lumineuses traversent le dioptre* et changent de milieu (de l’air à l’eau), elles sont donc déviées et changent d’orientation.

Ce phénomène de réfraction est d’ailleurs observable par une simple expérience dans laquelle il suffit de placer un crayon ou une paille dans un verre d’eau, ce qui permet d’obtenir l’objet en apparence brisé comme vous pouvez le voir sur le document 2 de l’annexe, ce qui s’explique par une différence de valeur des indices de réfraction de l’air (qui est de 1) et de l’eau (de 1.33). L’indice de réfraction* d’un milieu, qui se calcule par le rapport entre la célérité de la lumière dans le vide sur la célérité de la lumière sur le milieu étudié (voir document 3 de l’annexe), varie selon la longueur d’onde qui la traverse, en effet, plus la longueur d’onde est faible, plus l’indice est élevée. Pour rappel, le spectre de la lumière visible s’étend de 400 nm (couleur violette) à 800 nm (couleur rouge), on peut donc en déduire que la couleur violette sera beaucoup déviée, et la couleur rouge très peu.

Par conséquent, les différentes lumières composantes de la lumière blanche vont être réfractées dans des directions légèrement différentes, ce qui crée un phénomène de dispersion de la lumière, que l’on peut d’ailleurs retrouver dans le principe du prisme selon Newton.*. »