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Les halos lunaires et solaires

Un magnifique halo solaire photographié par Marko Riikonen au Pôle Sud le 11 janvier 1999.

Phénomènes météorologiques

Nous allons décrire des phénomènes lumineux que l'on n'a pas souvent l'occasion d'observer dans toute leur étendue sous nos latitudes, à savoir les halos lunaires et solaires.

L'explorateur polaire soviétique Ignatov écrivait en 1958, "Dans le ciel, le disque d'or de la Lune était ombragé par le reflet d'une croix de forme parfaite..."

Ce phénomène lumineux est le halo atmosphérique, qui peut aussi se produire autour du Soleil. Il faut avoir le nez en l'air pour l'observer, bénéficier d'un ciel clair et de conditions météos particulières, des raisons suffisantes pour lesquelles on les observe peu souvent.

Cette étonnante et merveilleuse réalisation de la nature s'explique par un phénomène semblable à l'arc-en-ciel. Il est provoqué par la réflexion et la réfraction de la lumière dans les cristaux ou des aiguilles de glace en suspension dans l'air, c'est-à-dire qu'il prend naissance lorsque des cirrus sont en formation ou lorsqu'il y a du brouillard glacé.

La météorologie a défini plusieurs phénomènes optiques associés au halo :

- Le halo de 22°

- Le halo de 46°

- Les parhélies

- L'arc parhélique

- Les parenthélies

- L'anthélie

- L'arc tangeant supérieur

- L'arc de Parry

- L'arc circumzénithal.

Description du halo solaire.

Le halo de 22° ou petit halo

C'est aussi le plus commun. Il forme un anneau lumineux de plus ou moins 1.5° d'épaisseur autour de la Lune ou du Soleil. Cet anneau lumineux paraît blanc pâle, parfois irisé de rouge à l'intérieur et de bleu à l'extérieur. Cet anneau peut n'être que partiel, quant à sa formation elle ressort de la théorie de l'optique classique.

Le halo se forme lorsque les particules de glace constituant le nuage ou le brouillard ont une forme particulière, des plaques de formes hexagonales ou des colonnes à base hexagonales.

Ces types de cristaux se forment à partir de la vapeur d'eau lorsque la température descend entre -5 et -25°C, leurs tailles atteignant 50 à 100 microns.

Le paraselene ou halo lunaire. A gauche et au centre un halo de 22°. Se manifestant de temps en temps dans nos contrées à l'approche d'un front, il est surtout visible dans les régions polaires. Il s'observe plus rarement que le halo solaire. A droite paraselene observé le 15 juin 1911 par Scott et son équipage lors de sa dernière expédition en Antarctique. On reconnaît les halos de 22 et de 46°, les piliers solaires (traits verticaux) et l'arc tangeant supérieur. Documents Juan Carlos Casado, Univ.Mainz/Marc Hellwig et NOAA Photo Library.

Bien qu'un nuage soit constitué de cristaux orientés aléatoirement, ceux-ci réfractent néanmoins la lumière sous un angle constant de 22°. En effet, deux faces adjacentes d'un cristal forment entre elles un angle de 60°. Un rayon pénétrant par une des faces ressort en tant que rayon émergeant, formant avec le rayon incident un angle appelé "angle de déviation". Lorsque l'angle incident augmente de 0 jusqu'à 90° (perpendiculaire à la surface), l'angle de déviation décroît de façon constante et atteint une valeur minimale (22°), soit augmente.

Parhélies (sundogs) formés à l'extérieur du petit halo lunaire photographié par Philip I. Anderson au Kansas. Document weatherwise. Dessin Lombry

Le bord intérieur du halo, quelque fois bleu, est brillant, correspondant à la déviation minimale, tandis que la zone extérieure est formée des rayons qui traversent le cristal de glace sous d'autres angles.

Comment reconnaître un halo de 22° ? Il vous suffit de tendre le bras et de masquer la source lumineuse avec la base du poignet. Par rapport à l'oeil, l'angle formé par le bas du poignet et le sommet du pouce levé sous-tend un arc de 22°.

Le grand halo ou halo de 46°

Il est également dû aux phénomènes de réflexion et de réfraction. Cependant dans ce cas ci le rayon incident passe par la base du prisme et l'une des faces. Il est moins fréquent que le halo de 22° et également plus pâle.

Autres phénomènes lumineux

D'autres phénomènes peuvent accompagner les voiles de cirrus et de cirrostratus.

Les "faux soleils" ou parhélies sont les phénomènes les plus connus. Ils se différencient des halos par le fait que les cristaux qui les composent ont leur face plane orientée parallèlement à l'horizon alors que ceux formant les halos peuvent prendre n'importe quelle orientation.

La taille des cristaux des parhélies dépasse 30 microns et est supérieure à celle formant les halos. Vu leur taille plus importante et le fait qu'ils sont tous orientés de la même façon (position de chute verticale) ils forment des points d'irrisations très brillants sur le petit halo ou juste à l'extérieur de celui-ci. Ce phénomène apparaît également avec le grand halo mais il est beaucoup plus rare.

Les parhélies. A gauche une image réalisée le 5 déc 2000 au pôle Sud par John Storey. A droite une photographie réalisée en Suède par Mats Mattsson. On reconnaît les parhélies et le pilier solaire. Image rectifiée par l'auteur.

L'arc circumzénithal est un phénomène intéressant mais assez rare. Il ne peut apparaître que si la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon est inférieure à 32.2°. Au départ l'arc circumzénithal apparaît comme un point brillant au zénith, puis il se transforme en un arc-de-cercle coloré au fur et à mesure que le Soleil descend vers l'horizon.

Il existe également des arc-de-cercle juste en-dessous ou au-dessus du petit halo nommés "Arc tangeant supérieur", "Arc tangeant inférieur" et "Arc de Parry", nom de l'explorateur britannique qui les décrivit le premier en 1821.

Enfin, la couronne solaire est un pilier vertical qui se dresse au-dessus du Soleil, surtout lors des phases du Soleil levant ou couchant, cette colonne prenant une coloration rouge ou orangée.

Lorsque la colonne, le cercle parhélique et le petit halo apparaissent simultanément, il y a formation d'une croix lumineuse qui, dans de nombreux récits anciens était considérée comme "un signe de Dieu".

Logiciels à télécharger

HaloSim3

IRIS Simulator

2.3 MB

1.7 MB

Deux fichiers compressés préparés par L.Cowley et M.Schroeder d'Atmospheric Optics.

Photographie

La photographie de ces phénomènes atmosphériques est facile. Il suffit de saisir cette occasion, d'avoir un appareil photographique sous la main et de surveiller l'état du ciel.

Pour le halo solaire, la sensibilité du film ou de l'appareil photo numérique (APN) peut être limitée à 80 ou 100 ISO en raison de l'éclat du Soleil. Dans le cas du halo lunaire, la sensibilité peut varier de 100 à 400 ISO avec réducteur de bruit activé.

En photographie traditionnelle, sur film argentique, le film inversible est recommandé car il n'est pas tributaire des variations de dominantes comme leurs confrères négatifs lors du tirage dans les laboratoires et présente un contraste supérieur qui renforce les couleurs. L'exposition à petite ouverte (f/8-11) sera instantanée pour éviter de surexposer le halo. Un filtre gris peut être utilisé pour augmenter le temps d'exposition sans surexposer l'image.

Rappelons que si la Lune ou le Soleil nous semble très grand à l'oeil nu, ils peuvent être cachés par un confetti tenu à bout de bras... C'est donc de très petits sujets à photographier. Avec un objectif de 50 mm par exemple, l'image de la pleine Lune ne fait que 0.5 mm sur votre film, pas beaucoup plus qu'une tache.

Pour éviter que la Lune ou le Soleil ne surexpose les plus fins arcs tangents au halo, je vous conseille de l'occulter. La manière la plus esthétique est d'utiliser un arbre ou un objet (maison, église, monument, lampadaire) situé à l'avant-plan dont la largeur n'excède pas celle de votre main portée à bout de bras (env. 10°). Mais en fonction de l'effet esthétique désiré, vous pouvez essayer différentes compositions d'images, d'autant que ce phénomène ne se produit pas très souvent.

Deux compositions originales autour du halo solaire. A gauche un document réalisé par Pierre-Paul Feyte en France. A droite une image réalisée par Lisa Beal de la Rice University au cours d'une expédition en Antarctique.

Vous pouvez avantageusement utiliser un APN. Utilisé en mode automatique vous avez toutes les chances de réussir de très belles images correctement exposées. Sinon il suffit de mesurer la luminosité d'une zone légèrement plus sombre que l'ensemble pour éclairer le sujet, sans pour autant le surexposer en donnant à la Lune ou au Soleil une taille disproportionnée. Vérifiez que la mise au point soit faite sur l'infini.

De manière générale, préférez toujours une image légèrement sous-exposée afin de faire ressortir les détails. Enfin, utilisez uniquement la température de couleur du jour (5500-6500°), la lumière artificielle (chaude ou froide) apportant une dominante qui estompera certains dégradés de couleurs.

Bonne chance !

Pour plus d'informations

Cloud Crystals & Halos

Atmospheric Optics

Polar Image, Pekka Parviainen

Mats Mattsson

HaloSim3

IRIS Simulator

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