Aujourd'hui, nous nous intéressons aux phénomènes optiques dans l'atmosphère. Celui qui retient notre attention aujourd'hui, l'arc circumhorizontal, est rare et souvent mal compris.
En haute altitude, lorsque les conditions d'humidité sont suffisantes, l'eau dans l'atmosphère se présente sous forme de cristaux de glace. Ces derniers sont généralement hexagonaux, mais existent aussi sous des formes plus originales. Lorsque la lumière du soleil atteint un tel cristal, elle est réfractée deux fois en traversant le cristal ou est réfléchie à sa surface. Grâce à la réfraction, la lumière blanche du soleil est décomposée en sept couleurs spectrales.
Ainsi les cristaux peuvent faire apparaître des phénomènes lumineux colorés (par réfraction) ou blancs (par réflexion). Ces photométéores apparaissent sous forme de cercles, d'arcs ou de taches colorées et sont regroupés sous le nom générique de "halo".
Mais revenons au halo de notre photo d'introduction : il s'agit d'un arc circumhorizontal. Il se forme par réfraction de la lumière sur des cristaux en forme de plaquettes en suspension dans la haute troposphère, et fait partie des halos les plus brillants et les plus colorés.
Pour des raisons géométriques, l'arc circumhorizontal n'est visible que lorsque le soleil se présente à un angle supérieur à 57,8° par rapport à l'horizon. En Suisse, l'observation n'est donc possible qu'entre début mai et le 10 août environ, et assez proche du milieu de la journée.
Au nord du 55e degré de latitude, le soleil n'est jamais suffisamment haut sur l'horizon pour observer un arc circumhorizontal (en tout cas depuis le sol).
Pas de règle sans exception. Nous avons une autre source de lumière dans le ciel, même si elle est beaucoup plus faible : la lune. Celle-ci est plus haute dans le ciel en hiver. Lors de la pleine lune (aussi quelques jours avant et après), sa lumière est suffisamment intense pour créer des halos. Les halos les plus fréquents sont ici aussi l'anneau de 22° autour de la lune ou le parasélène (pendant du parhélie).
Dans de très rares cas, il est également possible d'observer un arc circumhorizontal à la lumière de la lune. Cela s'explique surtout par le fait qu'en cas de basses températures pendant les mois d'hiver, on trouve des cristaux de glace non seulement dans la haute atomosphère, mais aussi en suspension dans l'air plus proche du sol. Les phénomènes lumineux qui en résultent sont appelés halos de brouillard givrant et peuvent être très impressionnants.
Fréquemment, on voit seulement un fragment de l'arc circumhorizontal, formé sur un voile de cirrus dans le ciel : à côté, il n'y a pas de cristaux de glace, donc pas de réfraction possible. Cela entraîne souvent des confusions avec les nuages iridescents.
Dans les cas des nuages iridescents, l'irisation se produit généralement sur des gouttelettes d'eau et non sur des cristaux de glace. Elle se produit donc généralement sur des nuages d'étage moyen. De plus, la disposition des couleurs dans les nuages iridescents est a priori irrégulière, alors que dans l'arc circumhorizontal la partie supérieure est toujours rougeâtre et la partie inférieure toujours bleutée.
Autre caractéristique distinctive : l'irisation s'observe généralement proche du soleil (à moins de 30° d'angle), alors que l'arc circumhorizontal se forme nettement en dessous du soleil.