Cet article est tiré d'un article scientifique de Roland JOUANISSON issu du BUP (bulletin de l'union des physiciens).

Les halos sont dus à des réfractions (passage de la lumière d'un milieu à un autre puis dévié (par ex un bâton qui semble tordu dans l'eau)) et des réflexions (la lumière est réfléchie par une surface) multiples dans les cristaux de glace en suspension dans les nuages d'altitude de type cirrus.

Les cristaux de glace présentent une forme hexagonale aplatie autorisant de nombreux parcours pour la lumière (voir fig. 1 plus bas). L'orientation des cristaux les uns par rapport aux autres joue un rôle et sans orientation privilégiée des cristaux, on observe des halos en forme de cercles concentriques autour du soleil.

fig.1

Le parcours du premier type figuré ci-dessus correspondent à une déviation minimale de 22° et donne naissance aux fameuses parhélies fig.2 (voir mes photos perso ici):

fig.2

La polarisation verticale et horizontale de la lumière* intervient un peu. Même s'il n'est pas possible de l'observer par les moyens usuels, la fig.3 montre que chaque polarisation est déviée différemment (biréfringence des rayons) (d'environ 0,1° ce qui est certes très faible).

fig.3

Chacun de ces deux rayons va former son propre halo et le rayon le moins dévié (perpendiculairement à l'axe du cristal) est le plus proche du soleil. Mais à cause justement du faible angle entre les deux rayons, les spectres des deux halos empiètent largement l'un sur l'autre et seule la partie rouge extrême du spectre est visible (celle du spectre le plus lointain donc en polarisation horizontale).

* pour les non physiciens, l'onde lumineuse émise par le soleil vibre dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation et peut si la lumière est polarisée (en partie tout du moins) vibrer de préférence verticalement ou horizontalement dans ce plan.