Réfraction, réflexion et l'arc-en-ciel

Réponse : La réflexion

La réflexion est le phénomène par lequel la lumière rebondit sur une surface. La loi de la réflexion, connue depuis l’Antiquité, établit que l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion. Al-Hazen puis les opticians médiévaux étudièrent ce phénomène géométriquement sur des miroirs plans, sphériques et paraboliques.

Réponse : La réfraction

La réfraction est le changement de direction de la lumière lorsqu’elle passe d’un milieu à un autre (par exemple de l’air à l’eau ou au verre). Ce phénomène, étudié géométriquement par Al-Hazen puis par les savants médiévaux comme Grosseteste et Bacon, s’explique par la différence de vitesse de la lumière dans les deux milieux. Il est à la base de l’optique des lentilles et de la compréhension de l’arc-en-ciel.

Réponse : L’arc-en-ciel

Grosseteste et Bacon tentèrent d’expliquer l’arc-en-ciel par la réfraction de la lumière dans les gouttes de pluie. Grosseteste, dans son De Iride, proposa une première explication géométrique. Bacon affina la théorie en montrant que chaque goutte individuelle réfracte et réfléchit la lumière, décomposant la lumière blanche en couleurs. Leurs travaux sont des jalons majeurs de l’histoire de l’optique.

Réponse : Ils sont égaux

En optique géométrique, l’angle d’incidence égale l’angle de réflexion. Ce principe était connu d’Euclide et approfondi par Alhazen.

Réponse : Le De Iride

Le De Iride (Sur l’arc-en-ciel) de Robert Grosseteste est un traité spécifiquement consacré à l’explication géométrique de l’arc-en-ciel. Grosseteste y propose que l’arc-en-ciel résulte de la réfraction de la lumière du soleil à travers les nuages humides. Bien que son explication soit incomplète, ce traité est un jalon majeur dans l’histoire de l’optique médiévale.

Réponse : L’alliance avec Noé

L’arc-en-ciel apparaît comme signe d’alliance entre Dieu et l’humanité après le Déluge, dans l’épisode de l’alliance avec Noé (Genèse 9, 12-17). Dieu dit : « J’ai placé mon arc dans la nuée, il sera le signe de l’alliance entre moi et la terre. » Les savants médiévaux qui étudiaient l’arc-en-ciel par la géométrie de la lumière cherchaient à comprendre ce signe divin.

Réponse : Réfraction et réflexion

Roger Bacon avança que l’arc-en-ciel se forme dans chaque goutte de pluie individuellement, par une combinaison de réfraction (la lumière change de direction en entrant et en sortant de la goutte) et de réflexion (la lumière rebondit à l’intérieur de la goutte). Ce double phénomène décompose la lumière blanche en ses couleurs, produisant l’arc-en-ciel que nous observons.

Réponse : Théodoric de Freiberg

Théodoric de Freiberg (v. 1250-1310), dominicain allemand, proposa vers 1304 l’explication la plus aboutie de l’arc-en-ciel au XIIIe siècle. En étudiant expérimentalement la lumière à travers des sphères de verre (simulant des gouttes d’eau), il montra que l’arc-en-ciel résulte de deux réfractions et d’une réflexion interne dans chaque goutte. Son explication est essentiellement celle que nous connaissons aujourd’hui.