Le mystérieux arc-en-ciel

DEPUIS longtemps l’homme est fasciné par l’arc-en-ciel, mais il a été dérouté bien souvent par les mystères qu’il présente.

Pourquoi l’arc-en-ciel apparaît-​il seulement après certaines pluies ? Pourquoi n’a-​t-​il pas toujours le même nombre de couleurs ? Pourquoi semble-​t-​il s’éloigner à mesure qu’on marche à sa rencontre ?

De nombreux peuples anciens, craignant ce qu’ils ne pouvaient comprendre, considéraient ce beau phénomène comme une force hostile, un signe de malheur. Pour certains, c’était un grand serpent (ou un autre animal) qui avalait l’eau et empêchait de pleuvoir. Ces idées sont cependant en contraste frappant avec le premier rapport écrit concernant un arc-en-ciel.

Le premier arc-en-ciel

Le livre d’histoire le plus ancien, la Bible, attire l’attention sur le premier arc-en-ciel et explique pourquoi les hommes continueraient d’en voir. Dieu, lisons-​nous, fit une alliance avec les survivants du déluge, c’est-à-dire Noé et sa famille, et il leur promit que “les eaux ne deviendront plus un déluge pour saccager toute chair”. Dieu dit alors à Noé : “Je mets mon arc-en-ciel dans la nuée et il devra servir de signe d’alliance entre moi et la terre.” (Gen. 9:8-16). Quelle magnifique façon de rappeler aux hommes la promesse divine !

D’aucuns prétendent que dans ce passage la Bible ne décrit pas la première apparition d’un arc-en-ciel mais montre comment il a reçu une nouvelle signification. Cependant, elle en parle bien comme de quelque chose de nouveau. Manifestement, les conditions atmosphériques qui existaient avant le déluge ne permettaient pas la formation d’un arc-en-ciel. Même aujourd’hui, il ne peut s’en former que dans des circonstances déterminées.

Bien que les explications de la Bible soient brèves, elles donnent le pourquoi de l’arc-en-ciel, et les hommes de foi y voient un signe de la sollicitude de Dieu pour l’humanité.

On cherche à comprendre

Mais quand l’homme commença à réfléchir au comment, à vouloir comprendre le mécanisme de l’arc-en-ciel, il se heurta à un mystère qui lui réservait bien des surprises. C’était un véritable casse-tête.

Au dire du philosophe grec Aristote, un des premiers à s’atteler à la tâche, l’arc-en-ciel était formé par la réflexion des rayons solaires sur la surface inégale des gouttelettes d’eau des nuages. Selon son raisonnement, il n’y avait que trois couleurs dans l’arc-en-ciel — conception qui a été admise par les savants pendant des siècles. Ces explications cependant laissaient bien des questions sans réponse.

L’énigme devenait particulièrement troublante quand surgissait un double arc-en-ciel. S’il s’agit simplement d’une question de réflexion, pourquoi l’ordre des couleurs de l’arc extérieur est-​il l’inverse de celui de l’arc intérieur ? Il a fallu écarter diverses théories sur cet aspect du phénomène, et d’autres encore, ce qui a incité le savant Roger Bacon à dire : “Il est certain qu’aucun philosophe n’a pu comprendre l’arc-en-ciel.”

René Descartes, savant français du dix-septième siècle, était d’un autre avis. À l’aide de calculs compliqués, il établit des graphiques montrant les angles nécessaires à la formation d’un arc-en-ciel. Il prétendait que ceux qui comprenaient ses théories “comprendraient facilement” la cause des arcs-en-ciel. Cependant, d’après un professeur de mathématiques de Brooklyn College, “il n’avait pas vraiment résolu tous les problèmes impliqués”. Par exemple, il n’a pas expliqué correctement la formation des couleurs et les arcs multiples.

Soixante-sept ans plus tard, Isaac Newton démontra dans son ouvrage L’optique que la lumière du soleil peut être divisée en plusieurs couleurs et que les gouttes de pluie opèrent donc cette division. Après cela, on supposait généralement que “le dernier mot avait été dit” et que le mystère était éclairci. Pourtant, les arcs-en-ciel qui apparaissaient de temps à autre refusaient d’obéir aux lois humaines.

Finalement, les savants en arrivèrent à penser que la lumière consistait en “ondes” qui se comportaient comme des ondes sonores. Les explications qu’ils donnèrent de l’arc-en-ciel ont amené l’Encyclopédie britannique de 1858 à conclure : “Enfin nous commençons à croire que nous comprenons complètement cette question.” En fait, la confiance était telle qu’on qualifiait de “théorie complète” les idées alors en cours sur la lumière. Mais de nouvelles expériences ont bientôt réduit la “théorie complète” à ce qu’on a appelé une “première approximation”.

Le point de vue actuel

N’empêche que pendant les centaines d’années qu’ils ont étudié le sujet, les savants ont fait des observations passionnantes sur la formation de l’arc mystérieux. Suivant le point de vue actuel, vous voyez un arc-en-ciel quand le soleil est derrière vous et que la pluie tombe devant vous. Rappelons-​nous que la lumière du soleil peut réellement produire plusieurs couleurs, et voyons ce qui se passe quand les rayons solaires frappent les gouttes de pluie sous certains angles.

Quand un rayon de lumière frappe la surface d’une goutte d’eau, il est dévié (réfracté) et séparé en différentes couleurs (longueurs d’onde). Ces ondes lumineuses séparées pénètrent ensuite jusqu’au fond de la goutte et sont renvoyées (réfléchies). Lorsque les ondes quittent la goutte, elles subissent une nouvelle déviation.

Comment cela donne-​t-​il naissance à toutes les couleurs de l’arc-en-ciel ? Selon la théorie actuelle, chaque couleur est formée par des rayons qui atteignent votre œil sous un certain angle, qui lui est propre et ne change jamais. La bande supérieure, par exemple, est rouge parce que les gouttes qui la constituent se trouvent à un angle de 42 degrés par rapport à votre œil. C’est à cet angle-​là que votre œil captera les ondes lumineuses rouges. Les six autres couleurs (orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet) se présentent à des angles légèrement inférieurs à 42 degrés.

Pourquoi, alors, quand il se forme deux arcs-en-ciel, les couleurs de celui du dessus sont-​elles en ordre inverse, le rouge étant dans le bas et le violet dans le haut ? Parce que des rayons solaires qui frappent la surface des gouttes à un angle d’environ 51 degrés par rapport à vos yeux, pénètrent dans le bas des gouttes d’eau où ils subissent une double réflexion. Autrement dit, ils rebondissent deux fois à l’intérieur des gouttes avant d’en sortir. À cause de la seconde réflexion, les couleurs de l’arc supérieur sont en ordre inverse de celles de l’arc inférieur.

Science Digest de février 1972 explique pourquoi on ne voit pas toujours le même nombre de couleurs. Nous citons : “Le nombre de couleurs et leurs largeurs relatives dépendent de la dimension des gouttes d’eau.” Mais il y a un autre facteur : vous. Puisque l’arc-en-ciel est seulement visible quand vous formez un certain angle avec les gouttes d’eau, il s’agit véritablement de votre arc-en-ciel. Vous seul le voyez de cette façon. Ainsi la même goutte d’eau qui se trouve à un angle tel qu’elle réfléchit pour vous la lumière rouge, réfléchit peut-être la lumière jaune ou la lumière bleue pour une autre personne non loin de vous.

Naturellement, cela signifie que lorsque vous vous déplacez, l’arc-en-ciel se “déplace” aussi. Autrement dit, si vous avancez vers un arc-en-ciel, vous dépasserez peut-être la position des gouttes d’eau qui le formaient, mais vous n’en verrez pas un au-dessus de votre tête, car vous n’êtes pas dans l’angle voulu. Vous apercevrez peut-être encore un arc-en-ciel au loin, mais ce sera un autre, formé à un angle approprié à votre nouvelle position. Combien est exact le vieux dicton qui dit du rêveur insensé qu’il “pourchasse les arcs-en-ciel” !

L’homme a donc appris progressivement à mieux connaître le grand arc de lumière. Mais le chapitre final de cette mystérieuse histoire a-​t-​il été écrit ?

Le mystère demeure

“Après des centaines d’années d’étude, que reste-​t-​il encore à apprendre ?” Telle était l’attitude courante au début du siècle. De l’avis de beaucoup “la théorie sur la lumière et l’optique semblait complète et parfaite”. Pourtant des questions demeurent et elles concernent cette fois le principe même de l’arc-en-ciel, c’est-à-dire la lumière. Des expériences ont montré que les rayons lumineux se comportent parfois comme des particules de matière et non comme des ondes. Cela bouleverse la “théorie ondulatoire” qui paraissait expliquer de façon satisfaisante les divers comportements de la lumière.

Des recherches supplémentaires ont conduit à une autre théorie selon laquelle la lumière serait composée de particules énergétiques appelées photons et se comporterait “en même temps comme des ondes et comme un flux de particules”. En dernière analyse, nous devons admettre humblement que l’homme est toujours incapable de répondre à la question posée par Dieu à Job il y a 3 000 ans : “Où donc est le chemin par lequel se distribue la lumière ?” — Job 38:24.

Mais la nature de la lumière n’est pas la seule énigme qui reste à résoudre en rapport avec l’arc-en-ciel. “On n’a pas appris grand-chose sur la façon dont on le perçoit”, dit le livre L’arc-en-ciel (angl.). Il y a en effet encore beaucoup à apprendre sur l’œil humain et surtout sur la vision des couleurs.

Le défi que constitue l’arc-en-ciel demeure donc. Soit que nous le considérions comme un signe de paix, soit que nous choisissions d’étudier le mystère de sa formation, pensons avec une crainte respectueuse à son Créateur. Il est vrai, à bien des égards, que personne n’a pu comprendre l’insaisissable arc-en-ciel.

[Schéma, page 15]

(Voir la publication)

Rayons solaires

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