Faire un arc-en-ciel avec un verre d'eau ou un CD
« L'arc-en-ciel de poche »
- ÂgeDès 5 ans
- Durée20 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùPrès d’une fenêtre
Comment faire un arc-en-ciel ? Cherche d’éventuelles couleurs dans la lumière qui traverse un verre d’eau, sans garantie de voir un arc-en-ciel. Tu peux faire cette exploration dès 5 ans, avec un adulte dans la pièce. Pour « L’arc-en-ciel de poche », comptez 5 minutes de préparation et 15 minutes d’exploration. Installez-vous dans un endroit un peu sombre, à l’écart du soleil direct, sur une table stable et protégée.
La question
De quelles couleurs est faite la lumière blanche ?
Ton idée
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Choisis une idée avant de commencer.
Le matériel
- 1 verre, qui reste posé pendant toute l’expérience Verre transparent à parois lisses, rempli d’eau à température ambiante
- 1 Feuille de papier blanc
- 1 lampe avec ses 2 piles, utilisée comme source de lumière dans cette version Lampe de poche à lumière blanche alimentée par 2 piles alcalines AA de 1,5 V dans son compartiment porte-piles fermé, vérifiée par l’adulte avant l’activité
- 1 Vieux CD intact, facultatif
- 1 Plateau à fond plat suffisamment grand pour accueillir le verre et la feuille et permettre de déplacer la feuille indépendamment du verre
- 1 Serpillière à garder à portée
L’expérience
- 1Étape de l’adulte
L’adulte vérifie que la lampe contient bien 2 piles alcalines AA de 1,5 V dans son compartiment porte-piles fermé, puis installe le plateau sur une table stable et protégée, loin du bord, à l’écart de la lumière directe du soleil, avec une serpillière à portée. Il pose le verre rempli d’eau sur le plateau et la feuille à plat derrière le verre, sans la coincer dessous.
Choisissez un endroit un peu sombre. Laissez assez de place sur le plateau pour éloigner la feuille sans toucher au verre. - 2
Allume la lampe de poche et place-la du côté du verre opposé à la feuille. Dirige son faisceau vers l’eau, légèrement vers le bas, pour que la lumière traverse le verre et arrive sur le papier.
Garde la lampe à distance du verre et de l’eau. - 3
Déplace lentement la lampe de gauche à droite, puis incline-la légèrement. Regarde uniquement la lumière qui arrive sur la feuille.
Essaie de faire passer le faisceau près d’un bord arrondi du verre : des couleurs peuvent être plus visibles à cet endroit, sans que ce soit garanti. - 4
Sans déplacer le verre, fais glisser doucement la feuille sur le plateau pour recevoir la tache lumineuse. Éloigne-la progressivement du verre, dans les limites du plateau, et compare la netteté des bords de la tache.
La feuille reste entièrement libre et ne touche pas le verre. Si aucune frange colorée n’est discernable, note ce résultat plutôt que de supposer des couleurs. - 5
Observe les éventuelles couleurs visibles, leur ordre et leur largeur. Déplace ensuite légèrement la lampe, puis ramène-la à sa position précédente pour comparer les deux résultats.
- 6
Si tu as le CD, laisse le verre en place et pose le disque à plat, face brillante vers le haut, sur la feuille, à distance du verre. Éclaire-le en biais avec la lampe dirigée vers le bas, puis observe sa surface en changeant doucement la position de la lampe. Déplace aussi doucement ta tête pour chercher les bandes colorées, en gardant le disque posé et ton regard à l’écart de la lampe et de son reflet lumineux intense.
Cette étape est facultative. Le CD montre aussi des couleurs, mais il ne les sépare pas de la même façon que l’eau.
Observe
La lumière traversant le verre forme une tache claire sur le papier, parfois bordée de petites zones colorées. Selon le verre et la lampe, tu peux distinguer certaines couleurs ou ne voir aucune frange discernable. Quand des couleurs sont visibles, elles peuvent se déplacer ou devenir moins nettes lorsque tu changes l’orientation de la lampe ou la position de la feuille. Avec le CD facultatif, des bandes colorées peuvent apparaître sur la face brillante et changer de place lorsque l’éclairage ou la position de ta tête change. Les couleurs du CD constituent une observation séparée : elles ne montrent pas ce qui s’est passé dans l’eau.
À noter dans ton carnet
- Les couleurs réellement observées, ou l’absence de couleurs discernables.
- L’ordre des couleurs sur une même petite bande, si elle est visible.
- Les positions de la lampe et de la feuille qui donnent les bords colorés les plus nets, avec un dessin vu de côté.
- La différence entre les couleurs reçues sur la feuille et celles vues sur le CD, s’il est utilisé.
Comprendre
La lumière blanche est un mélange de couleurs. Le verre et l’eau peuvent dévier les différentes couleurs un peu différemment, mais notre installation ne permet pas toujours de les voir séparément.
La feuille paraît blanche parce qu’elle renvoie vers tes yeux une grande partie des différentes couleurs qu’elle reçoit. La lumière blanche de la lampe contient plusieurs couleurs mélangées. L’eau ne les fabrique donc pas : elle permet, dans certaines conditions, de les distinguer. Cette explication scientifique accompagne l’activité, mais ton essai ne montre une séparation des couleurs que si tu distingues effectivement des zones colorées.
Quand la lumière passe de l’air au verre, puis à l’eau, sa direction peut changer. Ce changement de direction s’appelle la réfraction. Tu peux retrouver ce phénomène dans la vie courante : le fond d’une piscine paraît moins profond qu’il ne l’est, car la lumière change de direction en sortant de l’eau.
Les différentes couleurs ne sont pas déviées exactement de la même façon. Cette séparation s’appelle la dispersion. Dans le verre et l’eau, le violet est généralement plus dévié que le rouge. Les parois arrondies du verre donnent des trajets variés à la lumière : on peut observer de petites franges colorées plutôt qu’un bel arc complet.
Le résultat dépend beaucoup de la lampe, du verre et des positions des objets. Un faisceau large peut superposer plusieurs taches et masquer les couleurs. Une lampe blanche ne fournit pas non plus nécessairement toutes les couleurs avec la même intensité. L’absence de franges visibles ne montre donc pas que la lumière ne contient qu’une seule couleur ; elle signifie seulement que cette observation ne permet pas de les distinguer.
Sur le CD, le mécanisme est différent. Ses pistes très rapprochées forment un réseau, c’est-à-dire un ensemble de lignes régulièrement espacées. Elles renvoient les différentes couleurs dans des directions différentes grâce à un phénomène appelé diffraction. C’est pourquoi les couleurs changent avec l’angle d’observation ou d’éclairage, comme sur certains emballages brillants. Cette observation ne valide pas la séparation des couleurs par le verre et l’eau.
- Lumière blanche
- Lumière qui paraît blanche et contient un mélange de plusieurs couleurs.
- Réfraction
- Changement de direction que peut subir la lumière lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un autre.
- Dispersion
- Séparation des couleurs parce qu’elles ne sont pas toutes déviées de la même façon.
- Réseau
- Ensemble de lignes très proches et régulièrement espacées, comme les pistes d’un CD.
- Diffraction
- Phénomène par lequel la lumière s’étale et se répartit dans différentes directions au contact de structures très fines.
Nouveau défi : Retrouve ta meilleure position
Avec le même verre et la même quantité d’eau, cherche deux positions de lampe et compare les taches obtenues en gardant la feuille au même endroit. Dessine les deux installations dans ton carnet, puis essaie de retrouver la première. Si tu as distingué des couleurs, arrivent-elles à réapparaître sans déplacer le verre ?
Autres idées à tester
- Avec le même matériel, compare un faisceau qui traverse le milieu du verre et un faisceau qui passe près d’un bord arrondi. Ne change que la position de la lampe.
- Si tu utilises le CD facultatif, garde-le posé sur le plateau et compare deux directions d’éclairage. Observe quelles bandes colorées apparaissent sur sa surface, sans regarder directement la lampe ni son reflet lumineux intense.
Ranger et jeter
L’adulte vide et range le verre, puis essuie le plateau et la table ainsi que le sol s’il est mouillé. Éteins la lampe et range-la avec le CD éventuel. Laisse sécher la feuille si elle a reçu quelques gouttes, puis range le plateau et la serpillière.
L’eau seule peut aller dans l’évier. Une feuille propre et sèche peut être conservée ou déposée dans le tri du papier selon les consignes locales. Le verre, la lampe et le CD sont réutilisés ; les piles usagées de la lampe vont dans un point de collecte.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- CP-CE2 et CM1-6e ; découverte accompagnée possible dès 5 ans.
- Notion
- Chercher d’éventuelles franges colorées et découvrir une explication de la réfraction et de la dispersion ; observer séparément les couleurs produites par le CD, s’il est utilisé.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à une observation.
- Réaliser des essais en ne modifiant qu’un paramètre.
- Décrire un résultat par un dessin et un vocabulaire précis.
- Distinguer ce qui est observé de ce qui est interprété.
- En classe
- Pour 25 élèves, prévoyez cinq groupes de cinq avec, par groupe, un verre rempli d’eau, une feuille, une lampe à lumière blanche alimentée par 2 piles alcalines AA de 1,5 V dans son compartiment porte-piles fermé et un plateau assez grand ; le CD reste facultatif et une serpillière doit être à portée. Vérifiez vous-même l’alimentation des lampes et installez les verres sur les plateaux, sur des tables stables et protégées, dans un endroit un peu sombre à l’écart du soleil direct. Aucune configuration reproductible donnant des franges discernables n’est documentée ici : présentez donc le montage au verre comme une recherche exploratoire de taches lumineuses et de franges éventuelles, et non comme une démonstration acquise de dispersion. Si des couleurs apparaissent pendant vos essais préparatoires, consignez la forme et les dimensions du verre, le niveau d’eau, les caractéristiques de la lampe, les distances lampe-verre et verre-feuille, l’inclinaison du faisceau et les dimensions utiles du plateau, puis vérifiez qu’elles réapparaissent lorsque vous rétablissez ces positions avant de qualifier ce résultat de reproductible. Prévoyez 5 minutes de préparation, 15 minutes d’essais avec rotation des rôles sans déplacer les verres, puis une courte mise en commun distinguant les observations réelles, les limites du montage et l’explication scientifique apportée.
- À la fin, l’élève sait…
- L’élève doit pouvoir décrire la tache lumineuse observée et préciser si des franges colorées étaient discernables. Il doit distinguer ce résultat de l’explication apportée : la lumière blanche contient plusieurs couleurs, que le verre et l’eau peuvent dévier différemment. S’il n’a pas distingué de couleurs, il doit reconnaître que son essai n’a pas montré leur séparation. Si le CD a été utilisé, il doit identifier cette observation comme distincte de celle menée avec l’eau.
Questions fréquentes
Pourquoi ne voyons-nous presque aucune couleur avec notre verre ?
Le résultat dépend de la forme du verre et du faisceau de la lampe, et aucune configuration reproductible donnant des franges discernables n’est documentée ici. Faites passer la lumière près d’un bord arrondi et modifiez très lentement son inclinaison. Déplacez aussi la feuille indépendamment du verre, en la gardant sur le plateau. Si le résultat reste faible, notez-le : c’est une observation valable dans cette exploration, mais elle ne permet pas à elle seule de montrer la séparation des couleurs.
Le CD est-il indispensable ?
Non, le CD est facultatif et permet une observation complémentaire, souvent plus facile à voir. Sans lui, l’activité reste une recherche de taches lumineuses et d’éventuelles franges sur la feuille après le passage de la lumière dans le verre et l’eau, sans garantie de couleurs visibles. Les couleurs du CD viennent d’un autre mécanisme et ne valident pas le montage au verre. L’eau peut séparer les couleurs par dispersion lors de la réfraction, tandis que les pistes du CD interviennent par diffraction.
Pourquoi ne distinguons-nous pas sept bandes bien séparées ?
Les couleurs de la lumière peuvent se suivre progressivement, sans frontières nettes. Les sept couleurs souvent citées sont une manière habituelle de nommer des zones de cette succession. Avec ce montage simple, plusieurs zones peuvent aussi se superposer. Vous pouvez donc encourager votre enfant à décrire uniquement les couleurs qu’il voit.
Vérifiée avant publication
Cette expérience a été relue le 15 octobre 2026 par notre contrôle de sécurité et notre contrôle scientifique : 63 phrases relues une à une, dont 12 appuyées par une citation des sources ci-dessous ; aucune erreur restante.
