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HISTOIRE(S) DE SCIENCE
 
Août 2006

Newton et l'arc-en-ciel

Nous sommes en 1660. Le jeune savant anglais Isaac Newton occupe ses journées avec un passe-temps étrange : isolé dans une pièce sombre, il cherche à attraper les rayons du Soleil. Pas pour s'amuser mais pour mieux comprendre la lumière.

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La lumière solaire, blanche, se transforme en rayons multicolores après avoir traversé un prisme de verre.
"Quel étrange phénomène de voir la lumière blanche s'évaporer ! "

En 1660, Newton, qui a alors 18 ans, passe son temps enfermé dans une pièce dont il a soigneusement calfeutré toutes les ouvertures. Tous les volets sont hermétiquement fermés, l'un étant percé d'un petit trou par lequel la lumière solaire pénètre.

Devant cet étroit faisceau, Newton promène tantôt une feuille de papier, tantôt sa main, et parfois il laisse le rayon traverser la pièce pour former une tâche lumineuse blanche sur le mur en face.

Un observateur extérieur pourrait croire qu'il s'amuse. Pourtant, le jeune homme travaille : dans sa main, il tient un prisme triangulaire, un simple morceau de verre à 3 faces égales. Quand il place ce prisme dans le faisceau lumineux, Newton voit la tâche blanche disparaître pour laisser apparaître une bande couleur arc en ciel.

Où est passée la lumière blanche ?

Quel étrange phénomène de voir la lumière blanche s'évaporer ! "Où est-elle passée ?", se demande le savant. D'autant qu'une fois le prisme traversé, impossible de retrouver dans le faisceau la moindre trace de lumière blanche. Juste une bande de couleurs allant systématiquement du rouge au violet, en passant par l'orange, le jaune, le vert et l'indigo. Newton la nomme le spectre.

Au terme de longues réflexions et expériences, Newton finit par déduire que la lumière solaire n'est pas blanche. Elle semble blanche alors qu'elle est en réalité constituée de rayons multicolores que nos yeux sont incapables de distinguer. En passant à travers le prisme, les rayons se séparent, se démêlent, et l'on peut alors les voir séparément. Chaque rayon, en traversant le trou du volet, forme une tache ronde colorée. Les rayons rouge, les moins déviés par le prisme, se situent en haut du spectre, les violet en bas. Les autres couleurs entre les 2.

L'arc-en-ciel élucidé

Bien sûr aujourd'hui il nous parait évident que ce spectre coloré est en fait la lumière blanche décomposée. Mais à l'époque, l'explication de Newton paraît incongrue !

Il réalise alors un grand nombre d'expériences afin de démontrer cette idée et de convaincre ses contemporains. Non seulement le savant décompose la lumière, mais il procède également à l'expérience inverse : il fait passer un spectre multicolore à travers un prisme, ce qui donne de nouveau une lumière blanche. Sur un disque, il peint également toutes les couleurs des rayons solaires, puis il le fait tourner rapidement : la roue paraît blanche. Encore une preuve qu'en lumière, le mélange des couleurs donne du blanc.

Newton expliquera sa découverte dans son Opticks, en1675 : la décomposition de la lumière blanche et donnera même la première théorie mathématique de l'arc-en-ciel !

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