Comment se forme un arc-en-ciel, et pourquoi y en a-t-il parfois deux ?

L’averse s’éloigne, le Soleil revient et un arc coloré apparaît de l’autre côté du ciel. Un arc-en-ciel se forme lorsque la lumière solaire est réfractée en entrant dans des gouttes d’eau, réfléchie à l’intérieur, puis réfractée à nouveau en ressortant. Les couleurs ne sont pas déviées de la même façon. La visibilité de l’arc dépend donc de votre position autant que de la pluie.

La règle d’observation essentielle tient en quelques mots : le Soleil dans le dos, les gouttes éclairées devant vous. Elle explique aussi pourquoi on ne peut pas rejoindre le pied d’un arc-en-ciel.

Quel trajet la lumière suit-elle dans la goutte ?

La lumière solaire contient un spectre continu de couleurs visibles. En passant de l’air à l’eau, elle change de vitesse. Si elle traverse la surface obliquement, elle change aussi de direction : c’est la réfraction. Cette déviation dépend de la longueur d’onde, ce qui sépare les couleurs : c’est la dispersion.

Pour l’arc principal, une partie de la lumière suit ce parcours :

1. Elle entre dans la goutte et est réfractée.
2. Elle se réfléchit une fois sur la face interne opposée.
3. Elle ressort et subit une nouvelle réfraction.

De nombreuses gouttes dirigent ainsi de la lumière vers vos yeux. Elles ne vous envoient pas toutes la même couleur dans une même direction. Ce sont les angles entre le Soleil, les gouttes et votre œil qui déterminent ce que vous voyez (Met Office).

Dans quel ordre apparaissent les couleurs ?

L’arc principal présente le rouge à l’extérieur et le violet à l’intérieur. Orange, jaune, vert et bleu se fondent entre les deux. La liste traditionnelle de sept couleurs est un repère pratique, mais le spectre réel ne comporte pas sept bandes aux frontières nettes.

Le bord rouge extérieur se trouve à environ 42 degrés du point antisolaire, contre environ 40 degrés pour le bord violet intérieur. Le point antisolaire est la direction exactement opposée au Soleil depuis votre position. Il s’agit d’un rayon angulaire autour de ce point, pas d’une distance jusqu’à la pluie ni d’une hauteur fixe au-dessus de l’horizon (service météorologique allemand, DWD).

Pourquoi l’arc-en-ciel est-il courbe ?

Les directions situées à un même angle du point antisolaire dessinent un cercle. Des gouttes éclairées placées dans ces directions peuvent en rendre certaines parties visibles. Depuis le sol, nous voyons généralement la portion au-dessus de l’horizon. Le relief et l’absence de gouttes peuvent masquer ou interrompre le reste.

Plus le Soleil monte, plus son point opposé descend sous l’horizon et plus l’arc paraît bas. Pour le sommet du bord rouge, avec un horizon horizontal et dégagé, on peut retenir l’approximation suivante :

Hauteur de l’arc ≈ 42° moins la hauteur du Soleil.

Si le Soleil est à 10°, le sommet se situe vers 32° au-dessus de l’horizon. À 35°, il ne reste qu’environ 7°. C’est un repère géométrique, pas une prévision d’apparition. Depuis un avion ou un point élevé, des gouttes présentes plus bas peuvent parfois permettre de voir le cercle complet.

Ce cercle dépend de votre point de vue. Un « pied » semblant toucher un champ n’est donc pas un lieu fixe : si vous avancez, la géométrie change avec vous.

D’où vient le deuxième arc ?

Un arc plus grand et moins lumineux apparaît parfois à l’extérieur du principal. Dans cet arc secondaire, la lumière a subi deux réflexions à l’intérieur des gouttes. Le rayon angulaire est plus grand et l’ordre des couleurs est inversé : rouge à l’intérieur, violet à l’extérieur. Ce n’est pas le reflet du premier arc sur un autre nuage (Met Office).

Entre les deux arcs, le ciel paraît souvent plus sombre : moins de lumière issue de ces deux trajets y parvient vers l’observateur. C’est la bande sombre d’Alexandre, qui n’est pas une zone totalement privée de lumière. À l’intérieur de l’arc principal, le ciel semble souvent un peu plus clair.

Une petite routine d’observation

Lorsqu’une averse est éclairée par le Soleil :

1. Tournez le dos au Soleil et regardez vers le rideau de pluie. Il ne doit pas nécessairement pleuvoir là où vous êtes.
2. Repérez le rouge extérieur de l’arc principal, puis cherchez au-delà un arc plus faible aux couleurs inversées.
3. Notez l’heure, la direction du regard et la hauteur du sommet. Lors d’une autre observation, comparez l’effet d’un Soleil plus bas.

Une photo ne montre qu’une perspective. La présence simultanée de pluie et de soleil ne suffit pas si les gouttes ne se trouvent pas dans la bonne direction pour vous.

Situer le lieu d’observation

Avec LiveGlobe 3D, vous pouvez faire tourner le globe, zoomer et rechercher un lieu avec la loupe en saisissant au moins deux caractères. Cette recherche dépend du réseau et de services externes. Utilisez le globe pour situer votre lieu d’observation dans le paysage ; la direction réelle du Soleil et le rideau de pluie s’observent sur place.

Pour explorer une autre couleur de l’atmosphère, découvrez pourquoi le ciel est bleu et les couchers de soleil souvent rouges. Au prochain arc-en-ciel, commencez par ce détail : le rouge est-il à l’intérieur ou à l’extérieur de l’arc que vous regardez ?