Demain étant la Saint Patrick, j’ai pensé qu’il serait intéressant de s’attarder sur l’un des mythes populaires de cette journée concernant un beau phénomène atmosphérique : l’arc-en-ciel.
La légende veut qu’au bout de chaque arc-en-ciel se trouve un lutin, décrit comme ne mesurant pas plus de 2 pieds. Les farfadets sont censés passer tout leur temps à s’affairer à fabriquer des chaussures, et la légende veut que si vous parvenez à garder votre regard fixé sur eux assez longtemps, ils sont contraints de révéler l’emplacement de leur pot d’or. L’idée que l’on puisse trouver un pot d’or au bout de l’arc-en-ciel trouve son origine quelque part dans la vieille Europe.
Dans ma carrière de plus de 30 ans en tant que météorologue de radiodiffusion, j’ai vu de nombreux arcs-en-ciel, mais je n’ai pas encore trouvé de lutins… ni de pot d’or d’ailleurs. Mais ce spectacle coloré à part entière a certainement généré de nombreuses légendes et anecdotes similaires à travers les générations.
Selon la Bible, l’arc-en-ciel est le signe de la promesse de Dieu à l’humanité qu’il n’inondera plus jamais la Terre. En effet, les arcs-en-ciel indiquent souvent que la pluie est passée. En général, il fera beau lorsque vous verrez un arc-en-ciel, mais les nuages de pluie (généralement des cumulonimbus ) ne seront pas loin.
Pour voir un arc-en-ciel, vous aurez besoin de deux ingrédients : la lumière du soleil et des gouttes de pluie.
Prisme d’eau
La lumière du soleil est un mélange de couleurs. Lorsqu’elle traverse un prisme en verre, une partie de la lumière est pliée, ou réfractée, plus que d’autres portions. La lumière qui quitte le prisme s’étale en une bande continue de couleurs appelée spectre. Les couleurs vont du rouge, qui est le moins courbé, au violet, qui est le plus courbé, en passant par l’orange, le jaune, le vert et le bleu.
Et tout comme la lumière du soleil qui passe à travers un prisme est courbée, la lumière du soleil qui passe à travers des gouttes d’eau l’est aussi. Cela produit un spectre solaire atmosphérique dans le ciel à la vue de tous : un arc-en-ciel.
Un arc-en-ciel est simplement un groupe d’arcs de couleurs circulaires ou presque circulaires qui apparaissent comme une immense arche dans les cieux. Les gouttes de pluie agissent comme des prismes miniatures, réfractant ou brisant la lumière du soleil en diverses couleurs ainsi que la reflétant pour produire le spectre.
Les arcs-en-ciel sont fréquemment observés dans le sillage d’une tempête de pluie. Ils apparaissent lorsque la lumière du soleil traverse les nuages de pluie.
Vous pouvez créer un arc-en-ciel artificiel pour vous-même avec un tuyau d’arrosage. Il suffit de se tenir dos au soleil et de régler le tuyau pour obtenir un jet fin. Les arcs-en-ciel peuvent également être vus contre le jet d’une chute d’eau.
Un arc-en-ciel simple, ou primaire, a du rouge à l’extérieur ou au sommet de l’arc et du bleu à l’intérieur. Habituellement, le rayon de l’arc est égal à environ un quart du ciel visible, soit 42 degrés, vers le rouge. Lorsqu’il y a des averses à proximité, il suffit de regarder dans la partie du ciel opposée au soleil, à un angle de 42 degrés par rapport à votre ombre ; s’il y a un arc-en-ciel, c’est là qu’il se trouvera.
L’arc primaire est dû à la lumière qui entre dans la partie supérieure des gouttes et qui en ressort après une seule réflexion interne, cet arc est donc toujours plus lumineux que l’arc secondaire où la lumière du soleil est réfléchie deux fois à l’intérieur des gouttes de pluie.
Parfois, un arc secondaire se forme à l’extérieur du primaire. Il sera plus faible, avec les couleurs inversées : rouge à l’intérieur, violet à l’extérieur. L’arc-en-ciel secondaire se forme à un angle de 51 degrés par rapport à votre ombre ; il est toujours plus faible et disparaît généralement plus rapidement que le primaire.
La région entre les deux arcs apparaît relativement sombre, car elle manque entièrement des rayons réfléchis une fois et deux fois.
Il existe même des preuves d’un troisième ou d’un troisième arc-en-ciel qui a été observé en de rares occasions, et quelques observateurs ont même rapporté avoir vu des arcs-en-ciel quadruples dans lesquels un arc extérieur peu lumineux avait un aspect ondulé et pulsé.
Snell ou Descartes ?
Nous ne pouvons pas, avec une certitude absolue, dire exactement qui a été la première personne à fournir l’explication correcte de ce qui provoque les arcs-en-ciel, bien que le mérite en revienne généralement au Français René Descartes (1596-1650), un philosophe et écrivain qui a rédigé une discussion formelle et systématique sur le sujet dans un appendice de son célèbre ouvrage, « Un discours sur la méthode », en 1637.
Descartes a soi-disant effectué un calcul précis concernant les trajectoires que les rayons lumineux empruntent en différents points à travers un globe d’eau en verre (simulant une goutte de pluie) déterminant ainsi leurs angles de réfraction ; c’était la solution à un problème mathématique qui avait échappé aux scientifiques pendant deux millénaires et la clé pour expliquer le phénomène de l’arc-en-ciel.
Mais remarquez que j’ai dit que Descartes a « soi-disant » effectué ce calcul. Il s’est avéré que Willebrord Snell, un astronome et mathématicien néerlandais, avait découvert la loi mathématique de la réfraction 16 ans avant la dissertation de Descartes sur le sujet. Snell, cependant, n’a pas réussi à publier ses résultats et est mort en 1626. Puis, environ 80 ans plus tard, après la découverte des notes de Snell, une controverse est née lorsque certains ont accusé Descartes d’avoir en quelque sorte vu le manuscrit de Snell et pris ses conclusions pour les siennes.
Le résultat final est qu’en Occident, en particulier dans les pays anglophones, la loi de la réfraction de la lumière est devenue connue sous le nom de loi de Snell, tandis qu’en France, on y fait référence sous le nom de loi de Descartes.
Donc, si Descartes a pu expliquer ce qu’est un arc-en-ciel, il n’aurait vraiment pas pu le faire sans ces calculs de la réfraction de la lumière. Mais si lui ou Snell peuvent être entièrement crédités pour cette partie de l’explication, nous ne le saurons peut-être jamais.
Où et quand regarder
Les marins savent depuis longtemps que les arcs-en-ciel peuvent être utilisés pour prédire le temps. En général, les averses et les orages se déplacent d’ouest en est, vérifiant ainsi le vieil adage :
Arc-en-ciel le matin, avertissement du marin ; Arc-en-ciel le soir, plaisir du marin
Le matin, le soleil est à l’est ; pour voir un arc-en-ciel, il faut être tourné vers l’ouest où il pleut. Comme le temps pluvieux vient généralement de l’ouest, prenez garde à l’arc-en-ciel du matin. Le soir (en fait, plutôt en fin d’après-midi, mais « après-midi » ne rime pas avec « délice »), le soleil est dans le ciel de l’ouest ; après qu’une averse ou un orage vous ait déjà dépassé, il se retire généralement vers l’est, où vous verrez votre arc-en-ciel.
Et comme les averses sont plus fréquentes en fin d’après-midi qu’en début de matinée, les observations d’arc-en-ciel en fin d’après-midi sont beaucoup plus fréquentes que le matin et c’est pour cette raison que l’apparition d’un arc-en-ciel est généralement associée au début d’une amélioration du temps.
Si le soleil se couche ou se lève, on peut voir un demi-arc-en-ciel complet. S’il se trouve que le soleil est à 42 degrés ou plus au-dessus de l’horizon, vous ne pourrez pas voir d’arc-en-ciel car il serait en dessous de l’horizon.
Votre poing fermé tenu à bout de bras est à peu près égal à 10 degrés ; donc si le soleil est approximativement à « quatre poings » au-dessus de l’horizon, vous ne verrez pas d’arc-en-ciel.
La seule possibilité d’observer un arc-en-ciel à ce moment-là serait depuis un avion ou depuis le sommet d’une haute montagne. Un avion offrirait la meilleure opportunité d’apercevoir un arc-en-ciel complet de 360 degrés projeté contre le sol, mais c’est un spectacle que seules quelques personnes ont eu le privilège de voir.
Autres types d’arc-en-ciel
Un autre type d’arc coloré rouge, ou rouge et vert peut apparaître avec des arcs primaires et secondaires. Occasionnellement, plusieurs bandes de couleur peuvent être vues juste à l’intérieur de l’arc-en-ciel primaire. Ces bandes supplémentaires sont connues sous le nom d’arcs-en-ciel surnuméraires, et elles ont été expliquées en 1803 par le scientifique britannique Thomas Young lorsqu’il s’est rendu compte que la lumière était constituée d’ondes. Elles sont dues à la diffraction (déviation) de la lumière.
Comme nous l’avons vu, la plupart des arcs-en-ciel sont causés par la lumière du soleil et sont observés en journée, mais occasionnellement, nous pouvons être récompensés par un aperçu d’un arc-en-ciel lunaire causé par une lune pleine ou presque pleine. Les arcs lunaires sont le plus souvent observés autour des îles tropicales, comme dans les Caraïbes, où des averses localisées peuvent persister jusque tard dans la nuit. La plupart des gens disent qu’ils sont blancs, mais Robert Greenler, bien connu pour ses conférences populaires sur les phénomènes optiques, pense qu’il s’agit d’un facteur physiologique. À faible niveau d’éclairage, souligne-t-il, l’œil perd sa sensibilité aux couleurs, de sorte qu’un arc standard multicolore apparaît blanc. Et en effet, les photos de moonbows montrent des couleurs, mais pour le photographe, il semblait être blanc.
Enfin, considérez cette petite pépite (d’or ?) : Deux personnes, bien qu’elles puissent se tenir côte à côte, ne voient jamais le même arc-en-ciel. Pourquoi ? Eh bien, parce que les gouttes de pluie sont constamment en mouvement, de sorte que son apparence change sans cesse, et que l’arc est un arc de cercle dont le centre se trouve sur la ligne qui va du soleil à l’œil de l’observateur. Comme les yeux de deux personnes ne peuvent pas occuper le même endroit dans l’espace au même moment, chaque observateur voit un arc-en-ciel différent.
Souvenez-vous donc : Chaque fois que vous voyez un arc-en-ciel, il est unique à sa manière spectaculaire !
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