Pourquoi un prisme fait-il un arc-en-ciel ?

Après la pluie, un arc-en-ciel apparaît face au soleil. Un CD, une bulle de savon, un morceau de verre taillé projettent parfois des taches colorées. Pourtant, la lumière du soleil paraît blanche. D’où viennent ces couleurs ?

L’expérience de Newton

En 1666, Isaac Newton fait passer un rayon de soleil à travers un prisme de verre. Sur le mur, il obtient une bande de couleurs, du rouge au violet. Puis il place un second prisme, retourné, sur le trajet de ces couleurs : elles se recombinent en lumière blanche. Il en conclut que les couleurs étaient déjà dans la lumière blanche, et que le prisme ne fait que les séparer.

Pourquoi le verre les sépare-t-il ? Chaque couleur correspond à une longueur d’onde : environ 400 nm pour le violet et 800 nm pour le rouge. Or l’indice de réfraction du verre dépend un peu de la longueur d’onde : il vaut par exemple environ 1,51 pour le rouge et 1,53 pour le violet. Le violet est donc un peu plus dévié que le rouge, et les couleurs s’écartent en éventail.

L’essentiel à retenir

Lumière blanche = mélange de toutes les couleurs — dans le verre, l’indice dépend de la longueur d’onde : le violet est plus dévié que le rouge

C’est la dispersion, et l’éventail de couleurs obtenu est le spectre de la lumière. La lumière blanche du Soleil donne un spectre continu, du rouge au violet.

Le piège à éviter

Beaucoup pensent que le prisme « colore » la lumière, comme un filtre. En réalité, les couleurs étaient déjà toutes dans la lumière blanche. Un laser, qui ne contient qu’une couleur, reste de la même couleur après le prisme : il est seulement dévié.

À quoi ça sert ?

Chaque source de lumière a son spectre, comme une empreinte digitale. Les astronomes analysent le spectre des étoiles pour savoir de quoi elles sont faites, sans y aller : l’hélium a d’ailleurs été découvert en 1868 dans le spectre du Soleil, avant d’être trouvé sur Terre. Les chimistes identifient ainsi des substances, et l’arc-en-ciel s’explique par la dispersion de la lumière dans les gouttes de pluie, qu’on voit le Soleil dans le dos.

Questions fréquentes

Pourquoi un prisme décompose-t-il la lumière ?

Parce que l’indice de réfraction du verre dépend de la longueur d’onde. Chaque couleur est déviée d’un angle différent, et les couleurs mélangées dans la lumière blanche se séparent.

Quelle couleur est la plus déviée par un prisme ?

Le violet, dont la longueur d’onde est la plus courte. Le rouge est le moins dévié.

C’est quoi un spectre lumineux ?

C’est l’ensemble des couleurs (ou des longueurs d’onde) qui composent une lumière, obtenu en la décomposant avec un prisme ou un réseau.

Comment se forme un arc-en-ciel ?

La lumière du Soleil entre dans les gouttes de pluie, s’y réfléchit et en ressort dispersée. Chaque couleur ressort avec un angle légèrement différent, autour de 42°, d’où les bandes colorées.

Pourquoi un prisme fait-il un arc-en-ciel ?