L'arc en ciel : une énigme...

[editas]

Photolive a été riche en arcs-en-ciel en ce premier avril.

Je me permets, de reproduire les quelques photos publiées (les auteurs ne m'en voudront pas j'espère). Mais je m'interroge: savez pourquoi la couleur des choses apparaît-elle plus claire à l'intérieur de l'arc qu'à l'extérieur ?

Phénomène d'optique certainement… Mais qu'en est–il en fait ?

Sans doute qu'un opticien averti peut répondre à cette question…

Peut-être que ce sujet a déjà été évoqué ici, mais j'avoue ne pas avoir balayé en profondeur les multiples rubriques du forum pour éclairer mon esprit.

Merci de vos réponses. /public/style_emoticons/'>http://forums.infoclimat.fr/public/style_emoticons/default/original.gif

[mm91]

Mais je m'interroge: savez pourquoi la couleur des choses apparaît-elle plus claire à l'intérieur de l'arc qu'à l'extérieur ?

Phénomène d'optique certainement… Mais qu'en est–il en fait ?

Sans doute qu'un opticien averti peut répondre à cette question…

Peut-être que ce sujet a déjà été évoqué ici, mais j'avoue ne pas avoir balayé en profondeur les multiples rubriques du forum pour éclairer mon esprit.

Merci de vos réponses. :original:

Bonjour,

Tous les rayons qui arrivent du soleil (qui sont parallèles) sont réfractés et réfléchis dans chaque goutte d’eau.

Comme la surface d’entrée dans la goutte est à peu près circulaire, il y pénètrent tous avec une incidence différentes (de 0 à 90°)

Les lois de Descartes (optique géométrique, étude du prisme, programme de seconde) montrent que la déviation totale de ces rayons n’est pas linéaire en fonction de l’incidence :

- d’une part il y a un maximum de rayons concentrés autour de 42.5° (angle apparent de l’arc en ciel)

avec une petite différence autour de cette valeur en fonction de la longueur d’onde, d’où une déviation différente pour chaque couleurs qui composent le soleil.

- d’autre part, au delà d’une certaine incidence sur la goutte, il n’y a plus aucun rayon du soleil qui ressort (angle limite du prisme), donc moins de lumière d’un côté de l’arc.

Le deuxième arc (50°) est du à une deuxième réflexion à l’intérieur de la goutte, il est moins brillant puisque c’est le reste de la quantité de lumière du premier arc qui n’est pas ressorti de la goutte.

Les couleurs sont inversées (double réflexion) et le côté où aucun rayon ne ressort est inversé également donc s’ajoute au phénomène du premier arc pour créer une zone encore plus sombre entre les deux arcs et plus claire de part et d’autre.

Un troisième arc peut exister, mais il se trouve du coté du soleil, donc vu à contre jour, son intensité est bien plus faible et en plus il ne peut être vu qu’a travers la pluie, donc bien moins lumineux et bien moins net (phénomène différent du halo).

FAQ :

- à quelle distance se trouve l’arc en ciel ?

l’arc en ciel n’est que le reflet du soleil, il se trouve à 150 millions de Km de nous !

C’est seulement le « miroir » (un peu spécial) qui se trouve à la distance du rideau de pluie.

- pourquoi l’arc en ciel a-t-il toujours la même dimension ?

l’angle entre le soleil, l’arc et l’observateur (42.5°) ne dépend que de l’indice de l’eau (la vitesse de la lumière dans l’eau). Cet indice varie très peu dans l’eau de pluie.

L’arc aurait une dimension différente dans un jet d’eau de mer par exemple.

- pourquoi les couleurs ne sont pas mieux séparées ?

parce que la source n’est pas ponctuelle : l’angle apparent du soleil (0.5°) n’est pas négligeable par rapport à l’angle apparent de l’arc (1.4°).

- pourquoi il n’y a pas d’arc en ciel avec la lune ?

une réflexion dans la goutte ne transmet que 2% de l’intensité de lumière qui arrive (deux réflexions 0.04%), avec la lune il reste bien trop peu de lumière pour être visible.

(la lune peut produire un halo, c’est un phénomène différent).

- qu’y a-t-il au centre de l’arc en ciel ?

toujours l’ombre de l’observateur !

- peut-on voir plus d’un demi cercle ou un cercle complet ?

oui si l’on s trouve au dessus du rideau de pluie : en montagne, en avion (ombre de l’avion au centre de l’arc)

En plaine : au maximum un demi cercle au coucher (ou lever) du soleil.

- pourquoi l’arc en ciel ne se produit en général qu’ après un orage ?

Ce n’est pas obligatoire, mais :

il faut à la fois du soleil et de la pluie : impossible avec un ciel entièrement couvert (pluie en hiver)

il faut des grosses gouttes d’eau d’un diamètre supérieur à 1mm, sinon les lois de l’optique géométrique ne s’appliquent pas. Cela ne se produit qu’avec des pluies dues à des phénomènes assez violents.

il faut un rideau de pluie non précédé d’une pluie plus fine qui diffuserait tout le phénomène, donc un cunimb bien isolé par exemple.

un fond de ciel bien sombre améliore le contraste.

- pourquoi l’arc en ciel se produit en général en fin d’après midi ?

en plaine il faut que le soleil ne soit au maximum qu’à 42.5° au dessus de l’horizon.

de plus les orages sont souvent provoqués par la convection importante ayant eu lieu dans la journée, l’arc en ciel le matin est rare.

- pourquoi voit-on quelquefois des alternances d’arc violet en deçà du violet ?

ce sont des interférences, elles se produisent quant toutes les gouttes ont assez sensiblement la même dimension et que l’arc en ciel est bien net et bien contrasté.

Voilà de quoi bien observer un arc en ciel.

[CyrilD44]

Photolive a été riche en arcs-en-ciel en ce premier avril.

Je me permets, de reproduire les quelques photos publiées (les auteurs ne m'en voudront pas j'espère). Mais je m'interroge: savez pourquoi la couleur des choses apparaît-elle plus claire à l'intérieur de l'arc qu'à l'extérieur ?

Phénomène d'optique certainement… Mais qu'en est–il en fait ?

Sans doute qu'un opticien averti peut répondre à cette question…

Peut-être que ce sujet a déjà été évoqué ici, mais j'avoue ne pas avoir balayé en profondeur les multiples rubriques du forum pour éclairer mon esprit.

Merci de vos réponses. /public/style_emoticons/'>http://forums.infoclimat.fr/public/style_emoticons/default/original.gif

Admires mon dossier sur l'arc en ciel

euh mm91, l'optique ne se voit pas avant la Terminale /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

[wim67]

beau topo de mm91, bravo les arcs sont rares le matin et j'ai eu la chance d'en "coincer " un le 31 mars vers 8h05 ; il était double aussi un moment et sur la photo que j'ai passé sur photolive le 31/03 il commence seulement à se former car le soleil se fait déjà plus fort ! les couleurs sont bien inversées (j'ai bien retenu la leçon) /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20"> il y a eu par la suite une averse de grosses gouttes, c'était bien un rideau de pluie qui passait entre le soleil et moi qui suis au centre (même si on ne voit pas mon ombre

observez bien le nuage à l'arrière qui se présente face au soleil et qui est super bien écliaré!

voilà pour y (re)-jeter un oeil ! http://meteo-wimmenau.chez-alice.fr/images/actu060331.jpg

[mm91]

Cyril94,

très intéressant et surtout original ton dossier avec toute la partie historique très bien documentée.

Seconde: OK (c'est si loin pour moi !)

J'ai toujours été passionné par l'arc en ciel, j'étais ingénieur opticien (dans les lasers).

Wim67,

merci pour le compliment.

Oui, les arcs du matin sont rares. Très belle photo.

L'ombre de l'observateur existe toujours (puisqu'il y a forcément du soleil), au moins virtuellement.

C'est un moyen très rapide pour trouver l'arc en ciel (quand il est peu visible), tu cherches à 42° autour de ton ombre (même si tu ne la vois pas, tu sais toujours où elle est)

Je suis à la recherche de la photo idéale (pas forcément la plus estétique, mais ça serait encore mieux !) de l'arc en ciel parfait où l'on verrait:

- les deux cercles complets avec la zone bien sombre entre les deux, des interférence et l'ombre de l'observateur (sans doute l'avion) au milieu, sur fond bien sombre.

Et s'il y avait en plus le spectre de Brocken autour de l'ombre, alors la je meurs !

(météorologiquement c'est assez difficile puisqu'il faudrait un trou dans le rideau de pluie et de la brume derrière, ou plus simplement un peu de brume devant ?)

Qui va la trouver, ou la faire ?

[Foehn]

Michel bravo pour ton exposé limpide !

Mais :

- pourquoi il n’y a pas d’arc en ciel avec la lune ?

une réflexion dans la goutte ne transmet que 2% de l’intensité de lumière qui arrive (deux réflexions 0.04%), avec la lune il reste bien trop peu de lumière pour être visible.

(la lune peut produire un halo, c’est un phénomène différent).

J'objecte ! L'arc-en-ciel nocturne existe ! Ce photométéore produit à la faveur de la réfraction des rayons de lune peut être bien suffisamment lumineux pour attirer l'attention. J'y ai déjà assisté plusieurs fois, et en voici deux exemples en photos, avec ces clichés pris respectivement en septembre 2002 et août 2005 :

[alainh]

Bravo MM91 pour cette pationnante explication.

le plus dur n'etant pas d'être précis mais de se mettre à la portée de tous.

c'est tres reussi.

les photos de Foehn sont encore superbes !

bonne journée

[mm91]

Michel bravo pour ton exposé limpide !

Mais :

J'objecte ! L'arc-en-ciel nocturne existe ! Ce photométéore produit à la faveur de la réfraction des rayons de lune peut être bien suffisamment lumineux pour attirer l'attention. J'y ai déjà assisté plusieurs fois, et en voici deux exemples en photos, avec ces clichés pris respectivement en septembre 2002 et août 2005 :

Je suis vraiment très sceptique sur tes photos d'arc en ciel avec la lune ! !

Peux-tu nous préciser pour ces photos:

- les dates et heures exactes

- le lieu

- les directions des prises de vue (points cardinaux)

- le plus de renseignements possible sur la situation météorologique et les conditions

J'ai amélioré (et corrigé) mon texte sur l'arc en ciel et l'ai mis ici: bien observer et comprendre l'arc en ciel

[williams]

Quand le 1er arc en cie est tres brillant n'est il pas possible dans de rare cas de vois un 3eme arc en ciel tres faible ?

Williams

[mm91]

Quand le 1er arc en cie est tres brillant n'est il pas possible dans de rare cas de vois un 3eme arc en ciel tres faible ?

Williams

oui, c'est possible. Cet arc n'est pas au dessus des deux autres, mais du côté du soleil.

(il faut faire le petit schéma des rayons dans la goutte)

J'en parle dans mon texte:

ici

[editas]

Je le re-dis une nouvelle fois, mais en fin de compte c'est évident, ce forum est génial !

Merci professeur "mm91" pour cette explication très argumentée, un vrai cours d'optique limpide et simple.

Merci au webmaster "Cyril94" ton explication est également particulièrement fournie sur ton site.

Que demander de mieux lorsque l'on s'interroge et que de telles réponses vous sont données !

Que dire des photos de "PPF", elles sont magnifiques comme d'hab, surprenantes même. Un arc-en-ciel nocturne, oui pourquoi pas après tout, c'est bien la lumière du soleil qui éclaire la lune...

Merci infiniment à tous.

[mm91]

Je le re-dis une nouvelle fois, mais en fin de compte c'est évident, ce forum est génial !

Merci professeur "mm91" pour cette explication très argumentée, un vrai cours d'optique limpide et simple.

Merci au webmaster "Cyril94" ton explication est également particulièrement fournie sur ton site.

Que demander de mieux lorsque l'on s'interroge et que de telles réponses vous sont données !

Que dire des photos de "PPF", elles sont magnifiques comme d'hab, surprenantes même. Un arc-en-ciel nocturne, oui pourquoi pas après tout, c'est bien la lumière du soleil qui éclaire la lune...

Merci infiniment à tous.

Merci pour les compliments.

Je souhaite complèter ma rubrique "FAQ", avez-vous des idées sur les questions simples que l'on peut se poser sur l'arc en ciel ?

Arc en ciel avec le Lune: NON, impossible.

Dans la nature il n'y a que le soleil qui soit assez lumineux (voir mes explications)

J'attends les réponses de Foen sur ses photos !

[Foehn]

Voici des précisions au sujet de mes photos :

- la première a été prise le soir du 20 septembre 2002 depuis Brugnens (Gers), en direction de l'ouest, peu après le lever de la Lune. Plus d'info sur cette chasse sur cette page , et sur ce cliché en particulier sur celle-ci.

- la deuxième est plus récente, puisqu'elle date de la nuit du 16 au 17 août 2005. Le récit de cette folle soirée peut être lu ici.

Arc en ciel avec le Lune: NON, impossible.

Formidable ! Non seulement j'apprends que j'observe des phénomènes impossibles, et en plus je parviens à les photographier ! /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">Mais il me semble que les diktats optiques de mm91 souffrent quelques violations en dehors du département de l'Essonne, car l'impossible hante le ciel des Iles Vierges , du Kentucky , est vu depuis les flancs du Mauna Kea et de Maui à Hawaii. L'inadmissible photométéore s'invite également dans le ciel de l'Oregon ainsi qu'au-dessus des Chutes Victoria. Tout ces observateurs zélés et photographes avertis ont sans doute été en proie à des hallucinations succédant à quelque sabat nocturne ? J'imagine la suite : dégrisés, ils découvrent que leurs clichés ne révèlent rien (normal puisque l'arc-en-ciel lunaire est IMPOSSIBLE), mais ils se jettent sur Photoshop pour en créer un, afin de restituer la vision qui s'était imposée à eux dans leurs transes endiablées

Bon. Assez déliré. Nuitamment, l'arc-en-ciel est parfaitement visible (mais généralement dépourvu de couleurs) à la lueur de la Lune, et pour s'en convaincre il n'y a même pas besoin de se procurer une averse idéalement placée : il suffit d'un jet d'eau et d'une bonne grosse pleine Lune. Pas besoin d'un Laboratoire des Hautes Energies pour ça !

[Nicolas 17/69]

Moi aussi je crois avoir vu (en photo !) un de ces "moonbows" ici-même sur Infoclimat il y a peut-être un an de ça. ça m'avait d'ailleurs marqué.

La Lune ne fait que réfléchir la lumière du Soleil sans avoir de luminosité propre, mais cette lumière est tellement intense que la chose me paraît possible sans trucage de photos...

Il doit falloir quand même une sacrée pleine lune !

Et merci à mm91 pour ses explications simples et passionnantes. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

[williams]

Moi aussi je crois avoir vu (en photo !) un de ces "moonbows" ici-même sur Infoclimat il y a peut-être un an de ça. ça m'avait d'ailleurs marqué.

La Lune ne fait que réfléchir la lumière du Soleil sans avoir de luminosité propre, mais cette lumière est tellement intense que la chose me paraît possible sans trucage de photos...

Il doit falloir quand même une sacrée pleine lune !

Et merci à mm91 pour ses explications simples et passionnantes. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Avec la Lune on peut voir d'autre phenonenes lumineux qui sont visibles avec le soleil. Mais je trouve qu'il sont tres difficiles a voir ou rare a par la Cerne lunaire qui est la seul que j'ai vu pour l'instant.

Williams

[Damien49]

mais ils se jettent sur Photoshop pour en créer un, afin de restituer la vision qui s'était imposée à eux dans leurs transes endiablées

lol on sait que tu en es capable pourtant

Non sans dec. Bien sûr que c'est possible. D'ailleurs je vois aucune raison scientifique à ce que cela ne soit pas visible. Une bonne pleine lune permet d'observer de nombreux phénomènes optiques.

[Cyrilleb]

Je confirme également que les arcs-en-ciel existent avec la lune, j'en ai déjà observé. Que pensez-vous de ça:

http://www.sundog.clara.co.uk/rainbows/bowim15.htm

Voir aussi:

http://www.sundog.clara.co.uk/rainbows/moonbow.htm

Voici une photo qui montre les différences de réfraction entre l'eau de mer et l'eau de pluie:

http://www.sundog.clara.co.uk/rainbows/seabow.htm

Pour le 3ème arc-en-ciel, il se produit à environ 50° dans la direction du soleil, mais personne ne l'a observé ou photographié.

Quand à voir l'arc en ciel en même temps que le spectre du Broken, c'est possible, voir ici:

http://www.sundog.clara.co.uk/droplets/fogbim14.htm

Dans ce cas, l'arc en ciel se forme dans du brouillard, les couleurs sont donc très pâles.

Allez voir ce site, il y a tout sur les arcs-en-ciel:

http://www.atoptics.co.uk/bows.htm

[Nicolas 17/69]

C'est quoi le spectre de Broken sur la photo, c'est le bidule qu'on voit en bas de la photo ?

En tout cas cette photo-là (celle dans le brouillard) m'a fait décoller. Géniale cette atmosphère quasi irréelle ! /emoticons/tongue@2x.png 2x" width="20" height="20">/emoticons/sad@2x.png 2x" width="20" height="20">/emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

La première est très belle aussi. Mais une question cependant : par beau temps (on voit les étoiles) qu'est-ce qui permet alors la diffraction de la lumière de la Lune ?

[Cyrilleb]

Oui c'est ce que l'on voit en bas, c'est l'ombre de l'observateur avec des anneaux colorés autour de la tête.

Pour la première photo, il y a en fait un rideau de pluie, assez fin pour permettre de voir les étoiles derrière. C'est comme en plein jour, lorsqu'une courte averse permet de voir un arc en ciel sur fond de ciel bleu (ciel dégagé du côté du soleil, dégagé à l'opposé du soleil mais couvert et pluvieux au-dessus de l'observateur).

[mm91]

OK, Foehn (et les autres)

Ta démonstration est convaincante (j'aime !).

Je retire donc ce que j'ai dit et j'ai modifié mon texte

Je retiens tout de même que c'est un peu en limite de visibilité (longues poses photographiques nécessaires).

Je suis en train de faire le calcul par rapport à la sensibilité de l'oeil pour voir si on en est loin.

Je vous tiens au courant.

Merci pour tous vos liens et les photos extraordinaires.

cordialement,

[Nicolas 17/69]

Je viens de revoir la 4ème photo à la lumière (si j'ose dire !) des explications de cyrilleb, c'est tout simplement fantastique. J'arrive même plus à trouver les mots !

C'est dingue comme des phénomènes physiques à l'explication toute rationnelle et souvent très simple arrivent à produire de tels effets.

[williams]

Je confirme également que les arcs-en-ciel existent avec la lune, j'en ai déjà observé. Que pensez-vous de ça:

http://www.sundog.clara.co.uk/rainbows/bowim15.htm

Voir aussi:

http://www.sundog.clara.co.uk/rainbows/moonbow.htm

Voici une photo qui montre les différences de réfraction entre l'eau de mer et l'eau de pluie:

http://www.sundog.clara.co.uk/rainbows/seabow.htm

Pour le 3ème arc-en-ciel, il se produit à environ 50° dans la direction du soleil, mais personne ne l'a observé ou photographié.

Quand à voir l'arc en ciel en même temps que le spectre du Broken, c'est possible, voir ici:

http://www.sundog.clara.co.uk/droplets/fogbim14.htm

Dans ce cas, l'arc en ciel se forme dans du brouillard, les couleurs sont donc très pâles.

Allez voir ce site, il y a tout sur les arcs-en-ciel:

http://www.atoptics.co.uk/bows.htm

Sur ta photo l'arc en ciel en même temps que le spectre du Broken est un Arcs Blancs sous le nom de fogbow en anglais. Ce phénomène lumineux s'observe de la même façon que le spectre de Brocken. Il est même possible de voir les deux en même temps.

Mais voir un arc en ciel de la couleur du spectre de la lumiere en même temps que le spectre du Broken je ne pense pas que ca soir possible.

Williams

[N4SH]

Un peu hors sujet : Je me permet une question pour les connaisseurs : Est-ce que la lumière des Arcs-en-ciel est polarisée...? Si oui, l'est-elle rectilignement ? Merci d'avance car j'ai un problème à traiter avec les arcs-en-ciel.... Certain érudits pourront certaienement m'éclairer....

[mm91]

Quand à voir l'arc en ciel en même temps que le spectre du Broken, c'est possible, voir ici:

Dans ce cas, l'arc en ciel se forme dans du brouillard, les couleurs sont donc très pâles.

Cyrilleb,

Comme dit justement Williams, ta photo avec le spectre de Brocken + fogbow n'est pas un arc en ciel.

Le spectre de Broken et le fog bow seproduisent dans des goutelette très fines (brume, brouillard).

Ce sont des phénomènes dus à la diffision, il ne sont jamais très nets.

Seules des grosses gouttes peuvent produire un phénomène de réflexion/réfraction aussi net que l'arc en ciel.

Donc pour voir les deux à la fois il faudrait un rideau de grosses gouttes et au milieu, et pas trop large pour ne pas perturber l'arc en ciel, un nuage de brume.

Cela doit être possible.

N4SH,

Voila une bonne question !

Moi qui en cherchait justement pour ma FAQ dans mon texte

Je n'ai pas la réponse.

La trouver théoriquement doit être assez difficile (réflexion/réfraction dans différents plans)

Le plus simple serait de regarder avec un polariseur si l'intensité varie beaucoup en le faisant tourner.

J'ai ce qu'il faut chez moi, je n'ai jamais pensé à faire l'éssai. J'attends le prochain arc en ciel !

Si quelqu'un a la réponse ?

[Nemlod]

A propos des arc-en-ciel de nuit je vais faire une réponse de Normand, c'est possible et à la fois impossible.. je m'explique:

possible dans un environnement rural sans polution lumineuse... (la Lune crée bien un halo)

peu être impossible dans un environnement urbain avec forte polution lumineuse comme ici car pour un arc en ciel il faut un nuage (en principe) hors les nuages renvoient la lumière du sol et je me demande si celle-ci n'occulterais pas l'arc-en-ciel nocturne comme c'est le cas pour de nombreuse étoile et la voie lactée impossible à voir... suffit de voir quand il se met à neige les nuages réverbèrent la lumière du sol et la renvoi sur la neige par conséquent la luminosité augmente considérablement en prenant un teinte orangé (c'est peu être plus lumineux que sous un gros orange bien noir...)

A++