Maman, pourquoi c’est comme ça ? #1 : La forme des arcs-en-ciel

Maman, pourquoi c’est comme ça ? #1 : La forme des arcs-en-ciel

Ben oui, Pourquoi les arcs-en-ciel sont ronds ? Parce que c’est plus joli ! Non pas du tout… si tout était fait pour être plus joli on aurait des licornes étoilées partout et des océans de Chocapics. Plus sérieusement, ça peut paraitre évident, quand on est petit on dit : « C’est parce que ça a la même forme que le soleil », mais ce n’est vraiment pas du tout pour ça en réalité. Tout d’abord, parlons réfraction et réflexion, et non ne vous inquiétez pas ce ne sont pas des concepts obscurs de physiciens à moitié chauves obligés de manipuler des formules avec plus de symboles compliqués que de lettres dans un dictionnaire à longueur de journée, alors restez. Ce qui sera dit ici sera simple. Comme vous le savez, les arcs-en-ciel se forment quand on a du soleil et un peu de pluie. Et comme vous le savez sûrement aussi, ce sont les gouttes de pluies qui font les arcs-en ciel. En fait, quand un rayon de soleil arrive sur une goutte de pluie, les rayons « rebondissent » plusieurs fois sur les parois de la goutte (c’est la réflexion) et quand les lois de la physique le permettent, le rayon sort de la goutte mais pas parallèle au rayon d’arrivé, avec un angle différent quoi (c’est la réfraction). Je vous aie mis un schéma tout beau pour mieux comprendre :

Seul les rayons qui arrivent avec un certain angle (entre 40° et 42°) dans la goutte d’eau rebondissent et ressortent du côté de l’œil, si les rayons arrivent avec un autre angle, soit la lumière rebondit à l’infinie dans la goutte d’eau et se perd, soit les rayons ressortent du coté du ciel et se perdent. Et la seule forme que l’on peut obtenir en respectant un angle unique c’est un cercle ! C’est pour ça que les arcs-en-ciel sont ronds ! Il est aussi possible, quand les conditions sont idéales, d’observer un second arc-en-ciel plus grand que le deuxième, c’est parce qu’il existe un second angle pour lequel la lumière arrive du coté de l’œil mais avec cet angle les « rebonds » sont moins « efficaces » et une plus grande partie de la lumière se perd dans le ciel. C’est pour ça qu’il est plus ténu que le premier.

De ce schéma, on peut remarquer plusieurs autres curieuse choses, déjà que le rayon qui sort de la goutte est du même coté que le rayon qui entre, le rayon ne traverse pas la goutte. C’est pour cela que le soleil n’est jamais face à nous quand on voit un arc-en-ciel.

De cette première chose on peut en voir une autre, et c’est certainement la plus bizarre. C’est que le rayon arrive directement dans l’œil, l’arc-en ciel n’est pas projeté contre un écran ou contre quelque chose avant d’arriver dans notre œil. Cela veut dire que l’arc-en-ciel n’existe que parce qu’on est là pour le voir ! Si on n’était pas là, le rayon se perdrait sur le sol et il n’y aurait pas d’arc-en-ciel. C’est pour cela aussi qu’on ne peut pas atteindre un arc-en-ciel, parce qu’il n’existe que dans notre œil.

Vous aurez peut-être également remarqué que sur le schéma j’ai dessiné la goutte parfaitement ronde, et que le système de rebond (de réflexion/réfraction) semble fonctionner uniquement sur une goute parfaitement ronde. Et c’est le cas, avez-vous déjà vu un arc-en-ciel par temps d’orage ou il pleut des grosses gouttes ? A coup sûr non, parce que plus les gouttes sont grosses, plus elles sont déformées quand elles tombent. L’arc-en-ciel ne se forme que quand il pleut de toutes petites gouttes. J’ai un autre gentil schéma pour vous montrer ça : (sur le schéma il est montré que seul les gouttes de moins de deux millimètres de diamètre sont rondes).

Image : Pbrokes13

Bon maintenant, on sait pourquoi les arcs-en-ciel sont ronds et plus encore, formidable ! Mais il reste un petit détail à régler avant de clore cette affaire. Les plus curieux d’entre vous se seront peut-être demandés comment ça se fait qu’on voit toutes les couleurs dans un arcs-en ciel. Un rayon du soleil est blanc, peut-être un peu jaune mais pas multicolore. Et en plus sur mon schéma j’ai représenté la formation d’un arc-en-ciel avec un rayon unique, mais si c’était comme ça, l’arc-en-ciel serait blanc. En réalité c’est parce que mon schéma n’est pas tout à fait exact, il est simplifié. En réalité, quand un rayon blanc du soleil est réfracté, l’angle de réfraction change en fonction de la couleur (c’est une propriété de la lumière). Finalement toutes les couleurs se trouvent séparés à la sortie de la goutte, et donne l’arc-en-ciel qu’on connait. On rappellera quand même que la lumière blanche n’est blanche que parce qu’elle est un mélange de toutes les couleurs, la couleur blanche en ellemême n’existe pas vraiment.

Image : Ikar

Maintenant que vous avez tout compris et j’espère apprécié cet article, rendez-vous une prochaine fois pour mieux comprendre le monde !

Sources :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-ciel
http://ptitsriens.over-blog.net/article-5423981.html
https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/matiere-arcs-ciel-ont-ilscette-forme-66/
http://www.fondation-lamap.org/fr/topic/12425
http://pourquoilecielestbleu.cafe-sciences.org/articles/la-physique-des-arcs-en-ciel/
http://www.chimix.com/ifrance/pages/arcenciel.htm
https://fr.wikipedia.org/wiki/Forme_d%27une_goutte_de_pluie

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