Un algorithme a finalement permis d'élucider le mystère des arcs jumelés, mettant un point final à une quête de plus de mille ans ! L'ultime secret des arcs-en-ciel était en fait caché dans la forme de leurs gouttes d'eau... Explications.

Qui aurait cru qu'il y avait encore des choses à apprendre sur l'arc-en-ciel ? Étudiés depuis plus d'un millénaire, les arcs colorés qui saluent le retour du soleil après une averse figurent en bonne place au panthéon des objets d'étude classiques de la physique, à côté des cristaux de glace et du tas de sable. Et pourtant, il y a quelques mois encore, tous les types d'arc-en-ciel n'avaient pas trouvé leur explication théorique. Un phénomène en particulier demeurait un mystère, celui des arcs-en-ciel "jumelés", dont l'arc se sépare en deux.
Pourtant cette fois, ça y est ! Une équipe d'informaticiens de l'université de San Diego, aux États-Unis, vient enfin de concevoir le premier modèle complet d'arc-en-ciel. "Le modèle de Lorenz-Mie, utilisé jusqu'ici, ne fonctionne que pour des gouttes d'eau parfaitement sphériques, précise Iman Sadeghi, le principal auteur de l'étude. Or, dans la nature, les gouttes de pluie s'aplatissent sous la pression atmosphérique, et cela d'autant plus qu'elles sont grosses. "Et Adolfo Munoz, informaticien à l'université de Saragosse, de surenchérir : "Du temps de Loonz, considérer les gouttes de pluie comme des sphères était une approximation acceptable. Mais elle n'a plus lieu d'être aujourd'hui car nous disposons d'outils informatiques assez puissants pour simuler des averses aux gouttes de tailles et de formes variables"... Partant de cette idée toute simple, les chercheurs ont donc mis au point un nouveau modèle d'arc-en-ciel doté d'un algorithme qui permet de faire varier la forme des gouttes en fonction de la pression atmosphérique et de la pression hydrostatique.

DES GOUTTES ELLIPSOÏDALES

Dès les premiers tests, les informaticiens sont parvenus à modéliser avec plus de finesse tous les arcs-en-ciel décrits par le modèle de Lorenz-Mie, leurs gouttes de forme ellipsoïdale reproduisant avec une meilleure précision la courbure de l'arc. Surtout, ils ont enfin résolu le mystère des arcs-en-ciel jumelés : "Ils sont tout simplement dus à des pluies non uniformes, s'enthousiasme Iman Sadeghi. Lorsque la lumière du soleil traverse une pluie composée de gouttes de 0,4 mm et 0,45 mm, le faisceau de l'arc-en-ciel se dédouble".
Les chercheurs entrevoient déjà d'autres débouchés : leur algorithme pourrait servir à simuler la formation des halos, ces arcs lumineux qui apparaissent lorsque la lumière est déviée par des particules de glace en suspension. Ou a mesurer la taille des gouttes d'eau et ainsi améliorer les modèles météorologiques. Mais, surtout, ils ont une fierté : celle d'avoir clos l'histoire scientifique de l'arc-en-ciel.

C'est bien de préciser "dit-on", car il est peu probable de pouvoir distinguer sept couleurs dans un arc-en-ciel, objet trop étroit pour y déceler plus de quatre ou cinq teintes.

Pourtant, on parle souvent des sept couleurs de l'arc-en-ciel, et ce depuis 1704, date de la publication du Traité d'optique par Newton. En étudiant la décomposition de la lumière par un prisme, le savant anglais avait en effet distingué sept couleurs (violet, bleu, vert, jaune, orange, rouge et indigo) qu'il répartissait en un "cercle chromatique".

Mais ce qui servait la démonstration de Newton masque la réalité physique : le spectre de la lumière blanche, qui s'étend du violet au rouge - soit six couleurs dominantes, l'indigo étant très difficile à discerner - présente autant de nuances qu'il existe de longueurs d'onde dans le blanc. C'est-à-dire une infinité. L'arc-en-ciel étant le produit de la décomposition de la lumière dans les prismes que constituent les gouttes de pluie, le nombre de couleurs qu'il présente est donc démultiplié. Une infinité qui échappe à notre regard. D'autre part, tout le monde ne voit pas la même chose dans le spectre décomposé. Et, même sans faire partie des individus plus ou moins atteints de "dyschromatopsie", ou daltonisme (trouble de la perception des couleurs), chacun d'entre nous a une manière personnelle de délimiter les parties du spectre de la lumière décomposée, même si la plupart distingue plus de sept couleurs dans le spectre.

Pourquoi une telle disparité ? C'est que notre système visuel repose sur trois types de cellules sensibles à la couleur : les "cônes" de la rétine. Chacun d'eux réagit différemment selon le pigment qu'il contient. Ainsi, les cônes "S" (small) ont des courbes d'absorption centrées sur le bleu, les "M" (medium) sur le vert et les "L" (large) sur le rouge. L'information reçue par notre cerveau est la somme des signaux lumineux captés par ces trois types de cônes. la combinaison du bleu, du vert et du rouge suffit en effet à reconstituer l'essentiel des nuances du spectre. Un individu pourrait ainsi dénombrer entre 150 et 200 teintes du spectre de la lumière blanche. Capable d'être éduqué et amélioré, comme chez les peintres, notre système visuel est en tout cas très variable d'une personne à l'autre. Ainsi, chacun voit une gamme de couleur différente dans l'arc-en-ciel.