Le halo de 22 degrés et les faux soleils

La glace atmosphérique cristallise selon un système à six côtés. Les cristaux prennent deux formes principales : des colonnes, sortes de crayons hexagonaux, et des plaquettes, sortes de rondelles à six pans. Chaque forme, et chaque manière de tomber, produit un phénomène différent. Tout le catalogue des halos tient dans cette combinatoire.

• 22°Rayon du halo le plus courant
• 60°Angle entre deux faces latérales du cristal
• 46°Rayon du grand halo, bien plus rare
• 32°Hauteur du soleil au-dessus de laquelle l'arc circumzénithal disparaît

Pourquoi 22 degrés, et pas une autre valeur

Quand un rayon de soleil entre par une face latérale d'un cristal hexagonal et ressort par une autre face latérale, il traverse un prisme dont l'angle au sommet vaut 60 degrés. Un prisme dévie la lumière, et cette déviation passe par un minimum, propre à la matière traversée. Pour la glace, ce minimum vaut un peu moins de 22 degrés.

Or les cristaux d'un cirrostratus sont orientés dans tous les sens. La lumière est donc déviée de toutes les valeurs possibles au-delà de ce minimum, mais elle s'accumule à la valeur minimale, là où de nombreuses orientations donnent presque le même angle. Le résultat visible est un anneau brillant à 22 degrés du soleil, et rien à l'intérieur : c'est pourquoi le ciel paraît nettement plus sombre dans le disque central que juste au-delà de l'anneau.

Les couleurs du halo, et leur ordre

Le halo est faiblement coloré, mais son ordre de couleurs est constant : rouge à l'intérieur, blanc bleuté à l'extérieur. La raison tient à la dispersion : la glace dévie le rouge un peu moins que le bleu, donc le rouge apparaît plus près du soleil. Cet ordre est l'inverse de celui de l'arc-en-ciel primaire, où le rouge se trouve sur le bord extérieur. C'est le moyen le plus rapide de vérifier à quelle famille on a affaire.

Le bord extérieur du halo est toujours flou, jamais net : les orientations aléatoires des cristaux étalent la lumière vers les grands angles. Un anneau à bords nets des deux côtés n'est pas un halo.

Rouge à l'intérieur, c'est un halo, donc de la glace. Rouge à l'extérieur, c'est un arc-en-ciel, donc de l'eau liquide. Le test des couleurs, en une seconde

Les parhélies, ou faux soleils

Quand les cristaux sont des plaquettes assez larges, ils tombent à plat, leur grande face à l'horizontale, comme des feuilles mortes qui se stabilisent. La lumière traverse alors leurs faces latérales verticales, et la déviation ne se produit plus dans toutes les directions mais dans le plan horizontal. Résultat : deux taches vives, à gauche et à droite du soleil, exactement à la même hauteur que lui. On les appelle parhélies ou faux soleils.

Trois détails permettent de les identifier sans hésitation :

• ils sont à la hauteur du soleil, jamais au-dessus ni en dessous ;
• leur bord tourné vers le soleil est rougeâtre, et une queue blanchâtre s'étire à l'opposé ;
• ils se tiennent à 22 degrés du soleil quand celui-ci est bas, et s'écartent progressivement à mesure qu'il monte, jusqu'à devenir invisibles quand il dépasse une soixantaine de degrés de hauteur.

Un cercle blanc horizontal passant par le soleil peut les accompagner : c'est le cercle parhélique, produit par simple réflexion sur les faces verticales des mêmes plaquettes. Contrairement au halo, il n'est pas coloré, puisque la réflexion ne disperse pas les couleurs.

L'arc circumzénithal, le plus beau et le plus discret

Celui-là se rate parce qu'on ne regarde pas au bon endroit : il se tient très haut dans le ciel, incurvé vers le haut comme un sourire renversé, centré sur le zénith. La lumière entre par la face supérieure horizontale des plaquettes et ressort par une face latérale, ce qui n'est géométriquement possible que si le soleil est à moins de 32 degrés de hauteur. Au-delà, l'arc disparaît complètement.

Ses couleurs sont les plus pures de toute la famille des halos, bien plus vives que celles d'un arc-en-ciel moyen, avec le rouge tourné vers le soleil, donc vers le bas. Son symétrique existe : l'arc circumhorizontal, presque parallèle à l'horizon, visible seulement quand le soleil dépasse au contraire 58 degrés de hauteur, ce qui le rend rare aux latitudes moyennes en dehors de l'été.

Le pilier solaire, et les piliers de lumière des nuits froides

Le pilier n'est pas un phénomène de réfraction mais de réflexion : la lumière rebondit sur les grandes faces horizontales des plaquettes, comme sur une multitude de petits miroirs légèrement inclinés. Il apparaît sous forme d'une colonne verticale au-dessus du soleil, parfois en dessous, surtout au lever et au coucher, quand il prend la couleur du soleil lui-même.

Le même mécanisme fonctionne avec n'importe quelle source lumineuse. Par temps très froid, quand des cristaux flottent près du sol, les lampadaires et les phares dressent chacun leur colonne verticale : ce sont les piliers de lumière, spectaculaires et parfaitement banals du point de vue optique.

Ce que le halo dit du temps qu'il va faire

Un halo signifie un cirrostratus, et un cirrostratus signifie souvent l'avant d'une perturbation. La séquence des nuages d'étage supérieur explique le reste : cirrus, puis voile de cirrostratus avec halo, puis altostratus, puis pluie. Le dicton qui associe le halo à la pluie du lendemain repose donc sur une observation juste, mais il ne vaut que si la séquence continue. Un halo isolé qui se dissipe en fin de matinée ne prédit rien du tout.

La bonne pratique consiste à noter l'heure et l'évolution : un voile qui s'épaissit d'heure en heure et gagne l'ouest du ciel est un signe ; un voile qui reste stable ou se réduit n'en est pas un.

Passer à l'autre famille, celle des gouttes d'eau