Souvent en fin d'après midi, mais pas seulement, nous avons tous observé un arc-en-ciel. Quel magnifique spectacle parfois ! Combien d'entre nous ont arrêté leur véhicule pour en profiter ou se sont précipité sur un appareil photographique pour en garder un souvenir. Certains ont même rêvé de passer sous l'arc.

• Mais l'avons-nous tous bien observé ?
• Quel est la couleur la plus extérieure ?
• Le ciel est-il aussi sombre à l'intérieur et à l'extérieur de l'arc ?
• Il y a parfois un second arc, les couleurs de celui-ci sont-elles dans le même ordre que celles du premier ?
• Existe-t-il des arcs plus ou moins grands ?
• Le rayon est-il toujours le même ?
• Est-il possible d'en voir la nuit ?
• Dans quelles conditions peut-on l'observer ?

Un arc-en-ciel ne peut être observé que lorsque des gouttes d'eau sont présentes (chute de pluie) et éclairées par une source de lumière donnant un faisceau parallèle (Soleil). Par rapport à l'observateur, le Soleil est à l'opposé de la zone où est observé l'arc.
Dans chaque goutte, la lumière va subir un phénomène de réfraction, ce qui va décomposer la lumière blanche du Soleil en un grand nombre de nuances allant du violet au rouge.
Parfois, dans le cas de la décomposition (dispersion) de la lumière blanche par un prisme, certains pensent voir un arc-en-ciel. En fait le phénomène est différent, dans le cas d'un prisme, les couleurs sont observées sur un écran. On peut aussi placer l'œil dans le faisceau de lumière réfractée, mais dans ce cas on ne peut voir qu'une couleur à la fois et pour voir les autres, il faut déplacer l'œil. Dans le cas d'un arc-en-ciel, il n'y a pas d'écran et on voit toutes les couleurs sans déplacer l'œil.
Ainsi, la couleur de la lumière provenant de gouttes situées sur une verticale ne sera pas la même. La lumière provenant de certaines gouttes et arrivant dans l'œil de l'observateur sera rouge, celle des gouttes situées au-dessous sera verte et celle de gouttes situées encore plus bas, bleue. Le phénomène étant symétrique autour d'une droite passant par le centre du Soleil et l'œil de l'observateur, on observera un arc de cercle.

La lumière pénétrant dans une goutte subit une réfraction, puis une réflexion et une seconde réfraction en sortant de la goutte. Dans ce cas on observe un arc-en-ciel dit d'ordre 1. Avant de ressortir de la goutte, la lumière peut subir deux réflexions à l'intérieur de celle-ci, dans ce cas on observe un second arc, d'un rayon plus grand et en général moins lumineux. Mais contrairement au précédent dans lequel l'ordre des couleurs était bleu-vert-jaune-rouge de l'intérieur vers l'extérieur, l'ordre est dans ce cas inversé.

En observant un arc-en-ciel, on constate que l'intérieur de l'arc est plus lumineux que l'extérieur et lorsque l'arc-en-ciel est double, entre les deux, la zone est sombre : c'est la bande sombre d'Alexandre.

Il est possible d'observer des arcs la nuit grâce à la lumière renvoyée par la Lune. Evidemment, ils sont beaucoup moins lumineux et les couleurs ne sont pratiquement pas visibles à l'œil, mais avec une pose photo pas de problème. Voir la belle image de Pierre-Paul Feyte.