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L'arc-en-ciel contient un dégradé de couleurs recouvrant toutes les teintes, sauf le magenta.

On peut observer l'effet d'un arc-en-ciel toutes les fois où il y a de l'eau en suspension dans l'air et qu'une source lumineuse (en général le soleil brille derrière l'observateur. Les arcs-en-ciel les plus spectaculaires ont lieu lorsque la moitié du ciel opposée au Soleil est obscurcie par les nuages mais que l'observateur est à un endroit où le ciel est clair. Un autre endroit commun où l'on peut voir cet effet est à proximité de chutes d'eau.

L'arc-en-ciel contient une infinité de couleurs. Le spectre lumineux, dont la décomposition est entraînée par la réfraction, est en effet continu, ce qui signifie qu'il n'y a pas de frontière réelle entre les couleurs. En effet, comme pour tout dégradé, les couleurs différentes voisines sur le dégradées ne peuvent être distinguées entre elles par l'œil humain.

L'arc-en-ciel est provoqué par la dispersion de la lumière du soleil par des gouttes de pluie approximativement sphériques. La lumière est d'abord réfractée en pénétrant la surface de la goutte, subit ensuite une réflexion partielle à l'arrière de cette goutte et est réfractée à nouveau en sortant. L'effet global est que la lumière entrante est principalement réfléchie vers l'arrière sous un angle d'environ 40-42°, indépendamment de la taille de la goutte. La valeur précise de l'angle de réflexion dépend de la longueur d'onde (la couleur) des composantes de la lumière. La lumière bleue qui est réfractée a un plus grand angle que la lumière rouge, mais en raison de la réflexion totale, la lumière rouge apparaît plus haut dans le ciel et forme la couleur externe de l'arc-en-ciel.

Un arc-en-ciel n'a donc pas réellement d'existence physique mais est une illusion optique dont la position apparente dépend de la position de l'observateur. Toutes les gouttes de pluie réfractent et reflètent la lumière du soleil de la même manière, mais seulement la lumière d'une petite partie des gouttes de pluie atteint l'œil de l'observateur. C'est l'image formée par la lumière de ces gouttes de pluie que nous voyons sous forme d'arc-en-ciel.

Dans de rares cas, un arc-en-ciel peut être vu de nuit par temps clair et pleine lune. Dans ce cas, c'est la lune qui sert de source lumineuse (le phénomène porte alors le nom de arc-en-ciel de lune). En pratique, la lumière de l'arc ainsi produite est faible et peut ne pas exciter suffisamment les cellules de la rétine responsables de la perception de la couleur. L'arc apparaît ainsi d'une lueur grisâtre sans couleur apparente. Les couleurs peuvent cependant apparaître sur une photo.

On peut aussi créer artificiellement cet effet un jour ensoleillé en se tournant dos au soleil puis dispersant des gouttelettes d'eau dans l'air devant soi (lors d'un arrosage par exemple) l'arc est alors d'autant plus visible que le fond est sombre.

Un arc-en-ciel se situe toujours à l'opposé du soleil : le soleil, l'observateur et le centre du cercle dont fait partie l'arc-en-ciel sont sur la même ligne.Un arc-en-ciel appartient toujours à un cercle de même diamètre : un cercle apparaissant sous un angle approximatif de 40-42° autour de cette ligne soleil-observateur-centre de l'arc. Mais compte-tenu du fait que l'horizon cache habituellement une grande partie d'un arc-en-ciel, c'est la taille de l'arc visible qui varie : plus le soleil est proche de l'horizon, plus l'arc sera grand. Un observateur en haute altitude verra un plus grand arc-en-ciel qu'un observateur au niveau de la mer (surtout parce qu'il verra une plus grande partie du ciel, et pratiquement pas à cause du changement d'alignement avec le soleil qui est minime).

D'un avion on peut voir le cercle entier de l'arc-en-ciel avec l'ombre de l'avion (donnant la direction opposée au Soleil) en son centre.

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Tags : chimie

Pour la plupart des minéraux, le caractère le plus évident ou l’aspect qui frappe le plus immédiatement est la couleur. Les causes de coloration des minéraux sont multiples et la complexité des théories permettant leur étude ne facilite pas la transmission des connaissances sur ce sujet.
Les théories permettant l’étude des causes des colorations des cristaux reposent toutes sur de la chimie et de la physique. Des recherches scientifiques récentes ont permis d’identifier six causes spécifiques permettant d’expliquer la couleur des cristaux. Voici donc un rapide tour d’horizon sur les principales causes de coloration, illustrées de quelques exemples. La coloration idiochromatique produite par certains ions métalliques présents en grande quantité; il existe environ 12 ions métalliques d’éléments de transition pouvant colorer les cristaux. Ce type de coloration donne une seule couleur caractéristique du minéral. L’ion métallique responsable de la couleur est présent dans la formule chimique du minéral, puisqu’il s’y retrouve en grande quantité.

L’AZURITE : Carbonate de cuivre hydraté de formule chimique Cu3(CO3)2(OH)2 La couleur idiochromatique bleu azur de l’azurite s’explique par la présence d’ions cuivre (II) Cu2+ en grande quantité dans le minéral.

La coloration " allochromatique ", produite par certains ions métalliques (éléments de transition), présents en très petite quantité. Ces ions métalliques sont des impuretés présentes à l’état de " traces " dans le minéral ; sans impureté, de tels cristaux sont théoriquement incolores.

L’EMERAUDE : béryl vert chromifère de formule chimique Be3Al2(Si6O18) (Aluminosilicate de béryllium) La coloration allochromatique vert intense des émeraudes s’explique par la présence d’impuretés, à savoir des ions chrome Cr3+. Il faut également noter l’existence de certaines émeraudes dites " vanadifères " dont la couleur verte est due à des ions vanadium V3+.

LA KUNZITE : variété de spodumène de couleur rose lilas, Silicate de lithium et d’aluminium de formule chimique LiAl(SiO3)2 La coloration allochromatique rose s’explique par la présence d’ions manganèse Mn2+, dispersés dans le cristal à l’état de traces. La Kunzite possède un trichroïsme très marqué, se traduisant par trois colorations différentes suivant trois axes d’observation.

La coloration due à la présence de " centres colorés " dans le cristal. Les centres colorés correspondent à différents défauts dans la structure du cristal (empilement ordonné des ions). Ces défauts de structure sont généralement créés par une irradiation naturelle (radioactivité...) ou artificielle. On peut avoir par exemple dans la structure cristalline, des ions manquants (lacunes) ou des ions additionnels (interstitiels). Un bon critère de reconnaissance des centres colorés est très souvent la disparition de la couleur par exposition à la lumière ou à la chaleur et son rétablissement par irradiation.

L’AMETHYSTE Variété de quartz SiO2 de couleur violette La coloration violette de l’améthyste dépend d’un centre coloré faisant intervenir l’ion fer (III) Fe3+ présent à l’état de traces, en substitution de certains ions silicium Si4+. La couleur de l’améthyste n’est stable que jusque vers 250°C ; la plupart des améthystes se décolorent au delà. Le chauffage d’une améthyste permet d’obtenir une coloration jaune ou verte, de type allochromatique puisqu’elle résulte de la présence d’ions fer (Fe2+ ou Fe3+) à l’état de traces.

LA FLUORITE Fluorure de calcium de formule chimique CaF2 La fluorite possède une très grande variété de couleurs. La couleur violette des fluorites s’explique par la présence de centres colorés où un ion fluorure F- est remplacé par un électron.

La coloration due aux phénomènes appelés " transferts de charges ". Ce type de coloration est en relation avec les orbitales moléculaires. Un électron, charge négative, passe d’un atome à un autre. Il existe trois types de transferts de charges : transfert de charge oxygène-ion métallique, transfert de charge d’intervalence c’est à dire ion métallique-oxygène-ion métallique, et transfert de charge par délocalisation d’électrons n’impliquant pas d’ions métalliques.

L’AIGUE MARINE : béryl bleu clair à bleu verdâtre Be3Al2(Si6O18) (Aluminosilicate de béryllium) La coloration bleue caractéristique de l’aigue marine peut s’expliquer par la présence d’ions fer (II) Fe2+ en impuretés, ainsi que par le transfert de charge d’intervalence Fe2+-O-Fe3+

L’OR métal Au La couleur jaune de l’or pur, s’explique par la théorie des bandes de valence. Cette couleur est si spécifique que ce métal définit la nuance " jaune d’or ". Les variétés pâles sont celles qui contiennent de l’argent, tandis que l’apport de cuivre donne une couleur jaune orangée.

La coloration " pseudochromatique ", due à des phénomènes optiques (dispersion, diffusion, interférence ou diffraction de la lumière).
Ce type de coloration s’explique par l’interaction de la lumière avec certaines caractéristiques physiques telles que des inclusions, une texture particulière, ou la structure même de la gemme, par exemple une structure lamellaire déterminée.

L’OPALE NOBLE  Silice hydratée de formule chimique SiO2,nH2O Les irisations de l’opale noble sont un effet d’optique ; elles résultent de la diffraction de la lumière à travers un empilement compact plus ou moins régulier de minuscules billes de silice. L’opale est une des rares gemmes qui peut présenter toutes les couleurs du spectre visible dans une seule et même pierre. La couleur de chaque parcelle de l’opale dépend de l’orientation de la source de lumière incidente ; lorsque la pierre bouge, la couleur change, et c’est ce qui donne la vie à l’opale. De plus, la couleur de l’opale dépend également de la grosseur des billes de silice et de l’espacement des différentes couches parallèles dans lesquelles elles sont régulièrement rangées.

                                                         

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