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Spectre de Brocken et gloire

samedi 28 août 2010, par Xavier Ducros

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Le spectre de Brocken est un phénomène optique particulièrement impressionnant que l’on peut observer en montagne. Dans cet article, je vous propose quelques explications et photos.


Photos


Voici quelques photos prises dans les Pyrénées et en Norvège : la troisième a été un peu retouchée de façon à bien voir la gloire (sur place, on voyait nettement trois jeux d’anneaux ! Sur la photo, le 3ème est à peine visible en haut à gauche), et la dernière, prise dans les Alpes, a été gentiment fournie par une lectrice (Nathalie).

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Spectre (gloire à peine visible)
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Spectre et gloire
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Spectre et gloire
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Spectre et gloire

Qu’est-ce qu’un spectre de Brocken ?

Le spectre de Brocken est l’ombre de l’observateur vue sur de la brume, ou des nuages, situés en contrebas : elle est donc très agrandie ! Par perspective, elle a souvent une forme triangulaire, un peu comme un fantôme ;-), et comme le support sur lequel se forme l’ombre est mobile (brume, nuages en contrebas), l’ombre a tendance à bouger, ce qui accentue son caractère spectral ! Généralement, elle est entourée d’un (ou plusieurs) halo coloré, appelé gloire. Le “sommet” du spectre est l’ombre de votre tête sur cette brume (point antisolaire) : la gloire est centrée sur le point antisolaire de votre tête, ainsi on peut voir le spectre de son voisin (l’ombre), mais pas sa gloire (s’il est très proche, on peut la distinguer, mais à peine) ! L’ensemble constitue un spectacle vraiment particulier, que j’ai eu la chance d’observer deux fois en montagne : dans les Pyrénées, et en Norvège.

Comment l’observer ? Comment se forme-t-il ?

Pour voir son ombre, il faut avoir le soleil dans le dos. La vue doit être bien dégagée (typiquement, un sommet en montagne), et surtout, il doit y avoir de la brume ou des nuages en contrebas : les gouttelettes d’eau doivent être situées plus bas que vous, et le soleil doit évidemment être dégagé. Plus la couche de brume, ou de nuages, est basse, plus l’ombre semble grande. Les mouvements incessants de la brume font bouger l’ombre, et donnent l’impression qu’elle est en vie !

La gloire n’est pas toujours visible : sa formation est due à la diffusion de la lumière solaire par les gouttelettes d’eau, et la couleur observée au phénomène de dispersion (c’est ce dernier qui permet d’expliquer les couleurs de l’arc-en-ciel). L’ouverture angulaire du halo (autour de 10°, parfois un peu plus) est bien plus faible que celle d’un arc-en-ciel (42°), et contrairement à ce dernier, son diamètre dépend de la grosseur des gouttelettes : plus les gouttes sont petites, plus le halo a une ouverture angulaire importante. Dans un arc-en-ciel, la taille des gouttes est de l’ordre d’une fraction de millimètre, voire plus, alors que pour les gloires, la taille des gouttelettes mises en jeu est généralement de l’ordre de 10 micromètres. D’un point de vue théorique, les deux se traitent différemment : l’arc-en-ciel s’explique très bien à l’aide de l’optique géométrique, tandis que les gloires nécessitent une théorie beaucoup plus élaborée. En effet, l’optique géométrique ne s’applique pas à de si petits objets, et les théories habituelles sur la diffraction ne donnent pas de bons résultats sur la position des anneaux et leur polarisation.

La théorie utilisée pour la diffusion de la lumière dans ces petites gouttelettes est la diffusion de Mie (diffusion par des gouttelettes sphériques de taille un peu plus grande que la longueur d’onde). La théorie de Mie nécessitent des calculs longs et difficiles dont le point de départ sont les équations de Maxwell ; elle donne de bons résultats théoriques (à l’aide de calculs numériques), mais ne permet pas réellement de comprendre le mécanisme de la formation de la gloire. Pour comprendre le phénomène, il faut faire intervenir des interférences entre des ondes de surface (ondes qui se propagent sur la surface de la goutte), mais cela reste encore un sujet ouvert de recherche et tout n’est pas très bien compris. Si vous souhaitez plus d’informations sur la théorie de Mie et les gloires, vous pouvez consulter le site de Philip Laven

Il ne faut pas confondre la gloire avec le halo coloré que l’on observe souvent autour du soleil (attention à vos yeux !), ou de la lune, lorsqu’il y a quelques nuages hauts à proximité de ces astres. En effet, ces halos sont dus aux cristaux de glace qui composent ces nuages, et qui dévient et dispersent la lumière. Pour en savoir plus sur les phénomènes optiques atmosphériques, vous pouvez consulter ce site.

Anecdotes ou liens intéressants sur le spectre de Brocken

Ce phénomène tire son nom d’un sommet en Allemagne, le Brocken, sur lequel les conditions d’observation sont très souvent réunies.

Il est assez courant d’observer ce phénomène en avion ! On observe alors le spectre de Brocken de l’avion sur les nuages situés en-dessous, et une gloire l’entoure (en fait, elle est centrée sur l’endroit de l’avion où se situe votre siège !). Bien que plus facile à observer, je trouve cela moins impressionnant, et moins poétique, que de voir son propre spectre en montagne !

Charles Baudelaire a écrit un petit essai sur le spectre de Brocken dans Les Paradis artificiels. Vous pouvez le consulter sur ce site.


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