Introduction
L'arc-en-ciel est l'un des phénomènes naturels les plus poétiques et les plus universellement reconnus. Il apparaît comme un pont de lumière coloré dans le ciel, souvent après une averse, lorsque le soleil brille à nouveau. Ce spectacle, bien que commun, repose sur des principes physiques complexes de l'optique et de la météorologie, mêlant science et symbolisme à travers les âges et les cultures.
Description
Un arc-en-ciel se forme lorsque la lumière blanche du soleil rencontre un rideau de gouttes d'eau sphériques, généralement de pluie, mais aussi de brouillard, de spray marin ou de cascade. La lumière pénètre dans une goutte, y est réfractée (déviée), se réfléchit sur la paroi interne opposée, puis est à nouveau réfractée en sortant. Ce processus de double réfraction et de réflexion interne sépare la lumière blanche en ses différentes longueurs d'onde constitutives, un phénomène appelé dispersion. Comme l'indice de réfraction de l'eau varie légèrement selon la longueur d'onde, le violet (longueur d'onde courte) est plus dévié que le rouge (longueur d'onde longue). L'observateur voit donc un arc où chaque couleur provient de gouttes situées à un angle spécifique par rapport à la ligne soleil-œil : environ 42 degrés pour le rouge et 40 degrés pour le violet. L'arc apparaît donc toujours à l'opposé du soleil, dans la direction de l'ombre de l'observateur.
Histoire
Les premières explications scientifiques de l'arc-en-ciel remontent à l'Antiquité. Aristote en a proposé une description, mais c'est le savant persan Al-Farisi (XIIIe siècle) et, indépendamment, le moine allemand Théodoric de Freiberg (XIVe siècle) qui ont les premiers correctement décrit le rôle de chaque goutte d'eau et de la réflexion interne. Leur travail préfigure celui d'Isaac Newton qui, au XVIIe siècle, démontra expérimentalement avec un prisme que la lumière blanche est composée des couleurs du spectre. Le terme 'arc-en-ciel' apparaît en français au XIIe siècle, dérivé du latin 'arcus' (arc) et 'caelum' (ciel). Dans les mythologies du monde entier, il est souvent perçu comme un pont, un messager ou un symbole d'espoir et de réconciliation (comme dans le récit biblique de l'Arche de Noé).
Caracteristiques
L'arc-en-ciel primaire, le plus brillant, présente les couleurs dans l'ordre, de l'extérieur vers l'intérieur : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet (souvent résumé par l'acronyme ROJVBIV). Parfois, un arc secondaire, plus pâle et plus large, est visible à l'extérieur du primaire. Il résulte de deux réflexions internes dans les gouttes, ce qui inverse l'ordre des couleurs (violet à l'extérieur) et le place à un angle d'environ 51 degrés. La bande sombre entre les deux arcs est appelée 'bande sombre d'Alexandre'. D'autres phénomènes rares incluent les arcs surnuméraires, de fines bandes roses et vertes à l'intérieur de l'arc primaire dues à des interférences lumineuses. Un arc-en-ciel est unique pour chaque observateur ; il est créé par les gouttes situées sur un cône d'angle 42 degrés autour de l'axe anti-solaire. Si l'on est en hauteur (avion, montagne), on peut parfois voir un arc-en-ciel circulaire complet.
Importance
L'arc-en-ciel a une importance à la fois scientifique et culturelle. Scientifiquement, son étude a été fondamentale pour comprendre la nature de la lumière, la dispersion et l'optique géométrique. Il sert aussi d'indicateur météorologique simple (présence de gouttes d'eau et de soleil). Culturellement, c'est un symbole puissant et positif présent dans l'art, la littérature, la religion et la mythologie de presque toutes les sociétés humaines, représentant l'espoir, la paix, la diversité et la promesse. Il est utilisé comme emblème par de nombreux mouvements sociaux, le plus célèbre étant le drapeau arc-en-ciel du mouvement LGBT+, symbolisant la diversité et l'inclusion. Son apparition soudaine et sa beauté éphémère continuent de captiver l'imagination humaine.
