Des gouttes d'eau de couleur différentes

Quand les rayons du soleil viennent se réfléchir dans les gouttes de pluie, on voit des couleurs différentes selon l'angle sous lequel on regarde ces gouttes d'eau. Et en particulier, si on regarde des gouttes qui sont autour de 42° par rapport aux rayons du soleil, on est sur le chemin de la caustique. C'est ce qui est illustré sur le schéma ci-dessous.

Les gouttes situées en A ont leur caustique rouge dirigée vers l'observateur, qui voit donc des gouttes rouges à cet endroit du ciel. De même, les gouttes situées en B ont leur caustique bleue dirigée vers l'observateur, qui voit donc du bleu à cet endroit. Les gouttes situées au dessus de A ont toutes leurs caustiques passant au dessus de l'observateur. En fait, pour ces gouttes, toutes les réflexions passent au dessus de l'observateur, qui verra donc moins de lumière dans cette direction : le ciel lui paraîtra plus sombre. Au contraire plus bas que B, toutes les couleurs se mélangent, pas de caustique, et donc un éclairage blanc uniforme.

Les couleurs de l'arc-en-ciel

Les couleurs que nous voyons dans un arc-en-ciel sont donc les couleurs monochromatiques, et il y en a une infinité. Elles ne se répartissent pas de la même façon qu'à la sortie d'un prisme, car les caustiques se chevauchent : le mélange des couleurs monochromatiques est donc inhérent dans un arc-en-ciel. Mais avec un prisme, à moins d'avoir une source infiniment fine, les couleurs se chevauchent aussi. Quand au nombre de couleurs perçues effectivement, je vous laisse compter sur cette photo d'un vrai arc-en-ciel, et de son agrandissement...

Ainsi se termine ce mini-mooc. Il y aurait encore beaucoup à dire sur les arcs-en-ciel. On a peu parlé du deuxième arc aux couleurs inversées, comme sur la photo du haut. Ils résultent d'une double réflexion dans les gouttes d'eau. On n'a pas évoqué du tout les arcs surnuméraires qui apparaissent parfois à l'intérieur de l'arc principal, comme sur la photo ci-dessous, qui en montre 4 (c'est vraiment exceptionnel). Cliquez sur la photo pour trouver des explications (en anglais).