FAQ : qu'est ce qu'un halo ?

Introduction

Le phénomène de halo est un effet optique qui se produit autour du Soleil ou de la Lune, où un cercle lumineux ou une série de cercles colorés apparaissent dans l'atmosphère. Ces halos se forment en raison de la réfraction et de la réflexion de la lumière solaire ou lunaire par les cristaux de glace présents dans les nuages ​​de type cirriforme comme les cirrostratus ou les nuages ​​de haute altitude.

Les halos optiques peuvent avoir différentes formes, telles que des halos circulaires, des arcs tangents et des colonnes lumineuses. La forme spécifique dépend de la géométrie des cristaux de glace et de l'angle d'observation.

Halo autour du soleil à travers des nuages cirriformes, le 19 février 2020 à Arlon.
Photo : Bénédicte Hennico.

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Explication du phénomène :

Le phénomène de halo en météorologie se produit lorsque la lumière solaire ou lunaire est réfractée et réfléchie par des cristaux de glace présents dans l'atmosphère. Les halos optiques sont donc des phénomènes atmosphériques qui résultent de l'interaction entre la lumière et les cristaux de glace.

Les halos optiques sont relativement communs, mais leur fréquence et leur intensité varient considérablement en fonction des conditions atmosphériques locales. Les halos optiques sont souvent plus fréquents dans les régions où les nuages de haute altitude sont plus courants, comme les régions polaires et les régions montagneuses.

Les halos optiques peuvent être utilisés comme indicateurs de la qualité de l'air et des conditions météorologiques locales. Par exemple, la présence de cristaux de glace dans l'atmosphère peut indiquer des conditions de refroidissement atmosphérique, ce qui peut avoir des implications pour la prévision météorologique. De plus, la présence de cristaux de glace dans l'atmosphère peut affecter la qualité de l'air en raison de leur rôle dans la formation de nuages de glace qui peuvent agir comme des noyaux de condensation pour les polluants atmosphériques.

Formes de halo : Les cercles de couleur les plus courants sont le halo principal, qui est un cercle lumineux autour du Soleil ou de la Lune, et les halos parhéliques, qui sont des taches lumineuses situées de chaque côté du Soleil. D'autres phénomènes associés, tels que les arcs tangents et les arcs circumzénithaux (voir ci-dessous), peuvent également se former selon l'orientation et la taille des cristaux de glace.

Les différents composants du phénomène de halo :

Les cristaux de glace : Les nuages ​​cirrostratus contiennent des cristaux de glace plats et hexagonaux qui sont suspendus dans l'atmosphère. Ces cristaux peuvent se présenter sous différentes formes, mais l'hexagone est la plus courante.

La lumière incidente : La lumière solaire ou lunaire traverse ces cristaux de glace lorsqu'elle atteint l'atmosphère. La lumière est composée de différentes longueurs d'onde qui se propagent sous forme de rayons parallèles.

La réfraction : Lorsque la lumière traverse les cristaux de glace, elle subit une réfraction. La réfraction est le changement de direction de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre. La lumière se courbe en passant à travers les faces plates des cristaux de glace hexagonaux.
Angle de réfraction : L'angle de réfraction dépend de la longueur d'onde de la lumière, ce qui signifie que les différentes couleurs de la lumière se courbent légèrement différemment lors de leur passage à travers les cristaux de glace.

La réflexion interne : Après avoir été réfractée, une partie de la lumière est réfléchie à l'intérieur du cristal de glace. Cette réflexion interne se produit lorsque la lumière atteint une face inclinée du cristal et rebondit à l'intérieur du cristal avant de ressortir.

La décomposition de la lumière : En raison de la réfraction et de la réflexion interne, la lumière se décompose en différentes couleurs. Les différentes longueurs d'onde des couleurs se séparent et forment des cercles concentriques de couleurs autour du Soleil ou de la Lune.

Il est important de noter que les halos peuvent varier en apparence en fonction de la taille, de la forme et de l'orientation des cristaux de glace dans l'atmosphère. Les conditions atmosphériques sont également essentielles pour la formation des halos. 

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 Quels types de nuages sont concernés ?

Les cristaux de glace responsables de la formation des halos optiques sont généralement présents dans les nuages de haute altitude, tels que les nuages de type cirriforme (cirrus, cirrostratus le plus souvent). 

il est cependant parfois  possible d'observer un halo autour de la lune à travers un altostratus. L'altostratus est un type de nuage de haute altitude qui contient souvent des cristaux de glace, et lorsque la lumière de la lune traverse ces cristaux de glace, elle peut créer un halo optique.

Cependant, le type de halo que l'on observe à travers un altostratus peut différer de celui observé à travers d'autres types de nuages. Les halos observés à travers l'altostratus ont tendance à être plus faibles et moins distincts que ceux observés à travers des nuages plus minces, comme les cirrus. Les cristaux de glace dans les altostratus peuvent également avoir une orientation différente, ce qui peut influencer la forme du halo observé.

Par contre il est peu probable de voir un halo autour de la lune à travers un stratocumulus. Les stratocumulus sont des nuages de basse altitude qui se forment dans des conditions relativement stables et souvent associés à un temps nuageux et gris. Contrairement aux nuages de haute altitude, tels que les cirrus et les altostratus, les stratocumulus ne contiennent généralement pas de cristaux de glace en quantités suffisantes pour produire un halo optique.

Phénomène de halo photographié à Nivelles, le 26 avril 2021.
Photo : Attila Fekete

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A part le halo, peut-il y avoir d'autres phénomènes optiques liés aux nuages autour des astres ?

Il existe d'autres phénomènes optiques qui peuvent être observés en relation avec les nuages autour des astres. Voici quelques exemples :

Le phénomène de la couronne : La couronne est un cercle de lumière colorée qui entoure le Soleil ou la Lune, souvent visible à travers des nuages fins ou brumeux. Ce phénomène est causé par la diffraction de la lumière solaire ou lunaire par les gouttelettes d'eau présentes dans l'atmosphère.

Les arcs tangents : Les arcs tangents sont des formes d'halos optiques qui peuvent être observées autour du Soleil ou de la Lune à travers des nuages hauts et minces tels que les cirrus. Ces arcs ont une apparence d'arc-en-ciel, avec des couleurs qui se fondent graduellement dans l'atmosphère.

Les irisations : Les irisations sont des phénomènes de couleurs vives qui apparaissent sur les nuages ​​lorsqu'ils sont éclairés par la lumière solaire. Les irisations sont causées par la diffraction de la lumière à travers les gouttelettes d'eau dans le nuage, et peuvent être observées sous la forme de bandes colorées ou d'un arc-en-ciel.

Phénomène d'irisation.
Photo : Pixabay.

Les ombres de nuages : Les ombres de nuages sont des zones d'ombre qui se forment sur la surface terrestre lorsqu'un nuage passe devant le Soleil. Ces ombres peuvent être visibles à travers les nuages bas et épais tels que les stratocumulus, et peuvent donner lieu à des effets optiques intéressants lorsque les ombres sont projetées sur des paysages variés.

En résumé, il existe plusieurs phénomènes optiques qui peuvent être observés en relation avec les nuages autour des astres, en plus du phénomène de halo. Ces phénomènes sont causés par la diffraction et la réfraction de la lumière à travers les particules d'eau et de glace dans l'atmosphère, et peuvent être observés dans une variété de conditions météorologiques.

Double halo et parhélies. Les régions polaires sont souvent concernées par les phénomènes de halo.
Photo : Pixabay.