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Les
effets provoqués par la lumière
L'arc-en-ciel
et le halo
C'est
Newton, à l'âge de 23 ans, qui découvrit en 1666 que la lumière
du Soleil était constituée d'un mélange de couleurs. En faisant passer
la lumière à travers un prisme il décomposa la lumière blanche en
plusieurs couleurs fondamentales : ce sont les 7 couleurs de
l'arc-en-ciel, que l'on peut encore réduire aux couleurs de base : bleu,
vert et rouge. Inversement, si tu dessines sur une toupie différents quadrants
avec les couleurs de l'arc-en-ciel, en la faisant rapidement tourner
toutes les couleurs vont se mélanger et reformeront une couleur presque
blanche. Comme le disait Newton, cette découverte fut vraiment très
étrange et créa une véritable révolution à l'époque.
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La
décomposition de la lumière blanche par un prisme donne
les différentes couleurs du spectre. Inversement, la
synthèse additive des couleurs (le bleu + le vert + le
rouge) donne du blanc. |
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Si
tu as l'occasion d'observer le ciel durant la journée et de préférence
juste après la pluie, tu peux parfois
apercevoir un arc-en-ciel. Parfois quand le ciel se couvre tu peux
également apercevoir un halo ou encore des irisations près du Soleil.
Voyons ces différents phénomènes en détail.
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L'arc-en-ciel
se manifeste toujours après la pluie ou sous les embruns d'une cascade
d'eau, lorsque le Soleil est à mi-chemin
entre le zénith et l'horizon et lorsque tu as le Soleil dans le dos.
Les
gouttes d'eau en suspension dans l'air réfractent et décomposent la lumière du Soleil
comme le fait un prisme et dessinent ces magnifiques arcs colorés que tu as
sans doute déjà observé.
Les couleurs bleue et violette sont toujours
à l'intérieur de l'arc-en-ciel, le rouge à l'extérieur. Parfois il se produit une
réflexion secondaire sur les gouttes d'eau qui donne naissance à un
deuxième arc-en-ciel à l'extérieur du premier mais dont les couleurs
sont inversées. Plus rarement on peut apercevoir un troisième
arc-en-ciel mais il devient très pâle et est souvent partiel.
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Parfois
l'arc-en-ciel n'est pas multicolore. Si les gouttes d'eau sont
relativement grosses (2 mm) il prendra une couleur rouge très intense
avec un peu de violet et de vert. Par contre si les gouttes d'eau mesurent
moins de 0.3 mm l'arc-en-ciel sera très pâle mais au moins deux fois
plus large qu'un arc-en-ciel ordinaire et toutes les couleurs seront
visibles. Entre les deux extrêmes, si tu observes un arc-en-ciel dans
lequel le rouge est absent tu peux en déduire que les gouttes de pluie
mesurent environ 0.5 mm de diamètre.
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Il
existe deux manières de décomposer la lumière blanche: artificiellement en
utilisant un prisme ou naturellement comme ici lorsqu'un arc-en-ciel
se forme suite à la réfraction de la lumière solaire
dans les gouttes d'eau. Document Daniel
Bayer.
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L'arc-en-ciel subsiste en général
un demi-heure s'il n'y a pas trop de nuages près du Soleil. Tu peux aussi
facilement les observer sous le Soleil, près des grandes chuttes d'eau et
des cascades dans lesquelles il y a beaucoup d'embruns, de vapeur d'eau en
suspension dans l'air.
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Il
peut arriver que l'arc-en-ciel avance vers toi si la pluie s'approche ou
que tu le traverses en roulant en voiture. Il n'y a aucune crainte à
avoir car il s'agit simplement de gouttes de pluie éclairées par le
Soleil mais l'effet est souvent spectaculaire; ce n'est pas souvent que
l'on devient arc-en-ciel !
Le
matin ou le soir tu peux également observer des arcs-en-ciel mais
ils seront souvent rouges, simples ou multiples, mais sans
pratiquement de couleur bleue comme sur l'image présentée à
droite. Ici aussi du fait que le Soleil est très bas sur
l'horizon la lumière bleu est totalement diffusée dans
l'atmosphère et n'atteint plus le sol. Toutes les autres couleurs
sont donc décomposées, mais puisque le bleu a disparu
l'arc-en-ciel paraît rouge.
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Le
second phénomène atmosphérique associé à la lumière est le halo
lunaire ou solaire. Il se manifeste lorsqu'il y a des nuages
élevés dans le ciel, des cirrostratus blanchâtres, annonçant
l'arrivée d'un front et du mauvais temps. Il peut s'oberver de
jour comme de nuit.
Lorsque
ce type de nuage n'est pas trop épais et commence à couvrir plus
de la moitié du ciel le Soleil ou la Lune peut s'entourer d'un
immense cercle légèrement coloré, rougeâtre vers l'intérieur
et bleuté vers l'extérieur. Il est produit par la décomposition
de la lumière à travers les cristaux de glace qui constituent
ces nuages. En effet à plusieurs kilomètres d'altitude, il fait
très froid, -20 à -50°C et ces nuages sont en fait gelés et
contiennent des milliards de petits morceaux de glace qui agissent
comme autant de petits prismes décomposant la lumière. Le
phénomène peut durer une heure.
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Si
le ciel est très pur et les nuages très fins, le halo peut présenter
une structure très complexe affichant des arcs concentriques multiples et
des appendices recourbées comme tu peux le voir sur la magnifique photographie
présentée ci-dessus. Ce type de halo se manifeste surtout dans les régions
polaires.
Ciel
bleu et Soleil rouge
La
couleur bleue du ciel s’explique par la diffusion de la lumière par les
molécules d'air contenues dans l'atmosphère. La plupart des couleurs, le
rouge, l'orange et le jaune traversent l’atmosphère sans
être trop dérangées par l'air. Par contre la lumière bleue est absorbée
par les molécules d'air qui réémettent ce rayonnement dans toutes les
directions. La lumière bleue est ainsi dispersée dans tout le ciel.
C’est la raison qui explique pourquoi, quelle que soit l’endroit du
ciel que tu observes, le ciel te paraît bleu. On peut donc en conclure
que sur un astre sans atmosphère comme la Lune, la lumière ne sera pas
diffusée et atteindra directement le sol sans être pertubée. Puisque le
fond de l'espace est noir, le ciel de la Lune sera également désespérément noir.
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Pourquoi
le ciel est plus sombre en altitude ? C'est
également dû au phénomène de diffusion. En bordure de mer la densité de
l’air est plus importante qu'en altitude et l'atmosphère contient aussi
beaucoup plus de poussière et de vapeur d’eau soulevée du sol ou
transportée par les vents. Il est donc normal que la lumière bleue soit
plus diffusée en bordure de mer car elle rencontre beaucoup plus
d'obstacles qu’en altitude où l’air devenant plus rare, il influence
moins la lumière bleue.
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Pourquoi
le Soleil prend une couleur rouge le matin et le soir ? Au coucher du
Soleil, pour ne prendre que cet exemple, l'aube obéissant au même
principe, la lumière arrive de l'horizon et parcourt un plus long trajet
dans l'atmosphère que lorsque le Soleil est situé très haut dans le
ciel.
Lorsqu'il est près de l'horizon, la lumière devant traverser une plus
grande épaisseur d'atmosphère, la diffusion de la lumière est plus importante, ce qui explique pourquoi le Soleil est beaucoup moins lumineux
et peut être observé sans que tu sois ébloui. Sa couleur passe
progressivement de l'orange au rouge car cette fois ce sont non seulement
les rayonnements bleus mais également les rayons verts qui sont diffusés et
seule la lumière rouge finalement traverse l'atmosphère et parvient jusqu'à toi.
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Enfin,
parfois le ciel prend une couleur rouge-mauve en soirée; on dit qu'il baigne dans une
lumière pourpre. Ce phénomène est provoqué par des poussières en
suspension dans l'air. Cela se produit
souvent après une éruption volcanique ou une explosion
catastrophique qui a soulevé beaucoup de poussières, les vents les
transportant jusqu'à plusieurs kilomètres d'altitude.
Il
faut attendre plusieurs jours pour que le ciel redevienne limpide.
Pendant cette période le ciel est parfois si lumineux qu'il est
possible de lire un magazine en plein nuit à l'extérieur sans
éclairage d'appoint.
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Prochain
chapitre
La mesure du temps et les cycles solaires
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