Créer un arc en ciel avec un miroir

Un miroir, un bol d'eau et du soleil sont les trois éléments pour créer de beaux effets d'arc-en-ciel à projeter sur un mur ou n'importe quel écran (papier, visage, etc) chez vous à la maison. Simple, facile et non dangereux, il s'agit d'une expérience scientifique qui éblouira petits et grands. Le principe est lié à une propriété de l'eau qui peut décomposer la lumière blanche en ses différentes couleurs, du rouge au violet, en décrivant les couleurs de l'arc-en-ciel. Il s'agit de la réfraction qui dévie les rayons de lumière au passage de l'interface air-eau (le dioptre). Et ce phénomène est légèrement différent pour chacune des couleurs : c'est ainsi que la lumière est décomposée. Pour les souvenirs, l'indice de réfraction du violet (400 nm) est de 1,339 alors que celui du rouge (800 nm) est de 1,329. Cette différence d'indice de réfraction explique le trajet (un tout petit peu) différent lors de la réfraction. Les prismes utilisent aussi cette propriété en étant faits d'un matériau qui maximise cet écart d'indice de réfraction pour décomposer au mieux la lumière.

Dans la nature, nous pouvons contempler les arcs-en-ciel quand les rayons de soleil se réfractent et se réfléchissent à l'intérieur des nombreuses gouttes d'eau de la pluie éclairée par le soleil.

Comment donc projeter un bel arc-en-ciel chez soi ?

Arc-en-ciel colorant un oeil (dessiné sur papier)

Principe de la réfraction : la lumière est déviée (et décomposée) lorsqu'on passe de l'air à l'eau

Voici donc comment faire pour créer un arc-en-ciel avec un miroir et de l'eau. S'il ne fait pas beau, on peut tenter l'expérience avec une lampe torche dont le faisceau de lumière est très fin et concentré, mais l'arc-en-ciel sera bien moins joli.

Comment on crée l'arc-en-ciel avec l'eau et le miroir

Créer un arc en ciel avec un miroir

On utilise un bol ou n'importe quel récipient qu'on remplit d'eau. Il vaut mieux quelque chose s'assez large et pas très haut (plat à four, tupperware) qu'on remplit d'eau. On place le miroir en biais dans l'eau, en appui sur un côté du récipient. Bien évidemment, il faut placer cela au soleil. Les rayons de soleil arrivent sur le miroir placé en biais dans l'eau, se réfractent et se réfléchissent sur le miroir incliné et forment ainsi un arc-en-ciel.

Il faut chercher la bonne orientation du miroir (l'angle d'inclinaison) ainsi que l'orientation du plat rempli d'eau (on peut le faire tourner jusqu'à obtenir quelque part un arc-en-ciel...

A proprement parler, il ne s'agit d'un "arc" dans le ciel, mais d'une belle décomposition de la lumière blanche issue du soleil.

Où voir l'arc-en-ciel

Quelques essais doivent être réalisés où on règle l'inclinaison du miroir et l'orientation du plat rempli d'eau. Cela fonctionne mieux en été, quand le soleil est assez haut : la lumière entre par la surface de l'eau, et non pas par le côté du plat. Le plat n'a pas besoin d'être transparent, mais uniquement étanche pour ne pas fuir :)

On cherche sur les murs environnants où se forme l'arc-en-ciel. Il faut au moins un ou deux mètres de distance entre le mur où se projette l'arc-en-ciel et le miroir. Il faut attendre quelques instants que la surface de l'eau soit calme et apaisée, sinon l'arc-en-ciel est brouillé. Cela forme aussi de beaux effets lumineux. A quoi cela ressemble-t-il ? Admirez.

Rendu des arc-en-ciels

Voici le bol rempli avec l'eau et le miroir :

Eau et miroir pour créer un arc-en-ciel

Premiers rendus sur un mur, l'arc-en-ciel bouge à cause du mouvement de la surface de l'eau

Arc-en-ciel réalisé avec un miroir

Arc-en-ciel sur un mur

Plus la distance est grande entre le miroir et la zone où est projeté l'arc-en-ciel, plus il est grand et plus les couleurs sont vives. Ceci est dû au plus grand étalement des couleurs. En effet, la taille du miroir n'étant pas nulle, ce qui "sort" du miroir est une superposition de couleur (on voit du blanc) qui part dans des directions différentes. Il faut ainsi être suffisamment loin pour que la décomposition soit plus prononcée.

A une distance de 5 à 10 mètres, la décomposition des couleurs est très vive, offrant des couleurs saturées, élémentaires et profondes. Lorsqu'on éclaire un mur de pierre en extérieur, sous un préau :

Ou un dessin :

Si la surface de l'eau est agitée, l'arc-en-ciel produit le sera aussi, offrant un scintillement de teintes pastel :

Arc-en-ciel brouillé quand la surface de l'eau l'est aussi

On voit aussi les arcs-en-ciel dans la pulvérisation de l'eau : pluie naturelle, fontaine, tuyau d'arrosage :

Ici, une bataille d'eau en plein été offre un arc-en-ciel à qui sait le voir

Mot de la fin

Un miroir, de l'eau dans un récipient et un rayon de soleil d'été sont les trois seuls éléments nécessaires pour projeter de beaux arcs-en-ciel à la maison. Esthétique et scientifique tout à la fois, il s'agit d'une expérience simple à réaliser chez vous à la maison.

Bien sûr, d'autres expériences avec les couleurs permettront de découvrir en s'émerveillant les mélanges de couleurs pour en créer de nouvelles...

Expérimentations scientifiques sur les couleurs : eau, sucre et colorants alimentaires