Blanc comme un arc en ciel

Parler d’un arc en ciel blanc, provocation ou entourloupe ? Ni l’une, ni l’autre ! Dans un arc–en–ciel, les traits d’union associent les couleurs, tandis que dans un arc blanc dans le ciel, les couleurs se superposent pour redonner du blanc.

Chacun a observé la diversité des arcs-en-ciel : brillants ou pâles, étroits ou larges, et certaines couleurs sont plus présentes que d’autres. Un cas extrême est l’arc blanc, rarement observé toutefois. Tout est affaire de taille des gouttes d’eau.

Un arc blanc photographié en Écosse (Rannoch Moor, Glencoe). Crédit : Melvin Nicholson (avec son aimable autorisation).

Rappelons succinctement qu’un arc-en-ciel résulte de la décomposition de la lumière blanche du Soleil par un ensemble de gouttes de pluie.^1,2 La lumière qui pénètre dans chaque goutte subit une réfraction : les rayons lumineux de différentes couleurs sont déviés selon des angles différents, puis ils sont partiellement réfléchis à la surface de séparation eau/air. Enfin, ces rayons réfléchis viennent frapper à nouveau l’interface eau/air et sont partiellement transmis en étant déviés par réfraction. Ainsi, dans les yeux d’un observateur tournant le dos au Soleil parviennent certains rayons colorés émergeant de nombreuses gouttes à différentes hauteurs ; l’ensemble forme un arc, appelé arc primaire.

Un paramètre clé : la taille des gouttes d’eau

L’apparence d’un arc primaire diffère selon le diamètre des gouttes d’eau (voir tableau ci-dessous) : lorsque la taille diminue, l’arc devient plus large et plus pâle. Les rayons lumineux de différentes couleurs qui émergent des gouttes se chevauchent en effet de plus en plus. Ainsi, dans la bruine (constituée de gouttes de 0,2 mm environ), l’arc est large et le rouge disparaît presque complètement. Lorsque le diamètre est de l’ordre de 0,06 mm, l’arc possède une bande blanche bien visible. Enfin, dans la brume ou le brouillard (diamètre inférieur à 0,05 mm), l’arc apparaît blanc, car les rayons de diverses couleurs se chevauchent et se superposent sur la rétine d’un observateur. Parfois, on perçoit une frange rouge sur le bord extérieur de l’arc et une frange bleue sur le bord intérieur.

En anglais, ce phénomène rare est dénommé fogbow, « arc de brouillard », à la différence de rainbow, « arc de pluie » que nous dénommons arc-en-ciel.

Tableau. Évolution de l’aspect d’un arc-en-ciel primaire en fonction de la taille des gouttes d’eau.¹

Références

¹B. Valeur, Lumière et luminescence. Ces phénomènes lumineux qui nous entourent, Belin, 2017 (2^e éd.), p. 112-118.

²Voir le billet du 06.05.2019 « Combien d’arcs-en-ciel est-il possible d’observer simultanément ? »