Fire Rainbow

Description

Malgré son surnom de « fire rainbow », l’arc circumhorizontal n’est ni du feu ni un arc-en-ciel météorologique. C’est un halo de glace : une bande colorée presque parallèle à l’horizon, souvent visible dans ou sous un cirrus. Le rouge se trouve du côté du Soleil, donc au-dessus de la bande lorsque celle-ci apparaît sous lui, tandis que les bleus et violets s’étendent vers le bas. Les couleurs peuvent être très saturées et donner l’impression qu’un nuage brûle. La géométrie explique sa rareté locale. La lumière solaire entre par une face verticale de cristaux de glace hexagonaux en forme de plaquette et ressort par leur face inférieure horizontale. Pour que ce trajet soit possible, les cristaux doivent flotter avec leurs grandes faces presque horizontales et le Soleil doit se trouver à plus d’environ 58 degrés au-dessus de l’horizon. L’arc est le plus favorable lorsque l’astre monte encore plus haut. Aux latitudes élevées, le Soleil n’atteint jamais ou rarement cette élévation ; aux latitudes moyennes, la fenêtre se concentre autour de midi pendant la saison chaude. Le nom « circumhorizontal » décrit un cercle théorique autour du zénith, parallèle à l’horizon. L’observateur n’en voit généralement qu’un fragment, là où existent les cristaux convenablement orientés. Il peut donc sembler collé à un petit nuage alors que sa position est déterminée par le Soleil et l’observateur. Comme tous les halos, il n’est pas un objet posé à une distance fixe : chaque personne reçoit la lumière d’un ensemble différent de cristaux. Il faut le distinguer de l’irisation des nuages. L’irisation naît surtout par diffraction dans de très petites gouttelettes ou cristaux de taille uniforme, souvent près du Soleil, avec couleurs pastel qui suivent les contours du nuage. L’arc circumhorizontal est un segment géométrique à ordre coloré plus régulier et beaucoup plus éloigné angulairement du Soleil. L’arc infralatéral peut aussi lui ressembler, mais sa courbure et l’orientation des cristaux diffèrent. Une photographie cadrée sans Soleil ni horizon rend l’identification plus difficile. Le rabbit hole passe par les constructions de rayons, les autres halos de plaquettes — parhélies et arc circumzénithal — et les éphémérides solaires. On peut prévoir une fenêtre d’observation avec latitude, date et hauteur maximale du Soleil, puis chercher des cirrus fibreux. Il ne faut jamais fixer le Soleil ou pointer une optique non protégée vers lui. Le spectacle paraît surnaturel parce qu’une petite parcelle de nuage devient spectrale ; sa physique est au contraire une démonstration très précise de réfraction, d’orientation cristalline et de géométrie céleste.

À savoir

Le « fire rainbow » est en réalité un arc circumhorizontal : un halo coloré produit lorsque le Soleil élevé se réfracte dans des cristaux de glace plats et correctement orientés.

Vidéos

• Voir une démonstration de l’arc circumhorizontal ↗

  Pour visualiser la réfraction dans les plaquettes de glace et la condition de hauteur solaire.

Sources

• Atmospheric Optics — géométrie de l’arc circumhorizontal ↗
• Atmospheric Optics — guide des halos de glace ↗
• American Meteorological Society — glossaire des halos ↗
• NOAA SciJinks — formation des cirrus et cristaux de glace ↗

Pour aller plus loin

• Tracer le rayon dans un cristal en plaquette ↗

  Pour relier seuil solaire, faces d’entrée et de sortie, position et ordre des couleurs.

• Comparer les principaux halos ↗

  Pour ne pas confondre arc circumhorizontal, arc circumzénithal, parhélie et irisation.