Lorsque la lumière change de milieu de propagation, elle peut subir plusieurs phénomènes : Un « retour » dans le milieu initial, c'est la réflexion. Un changement de direction dans le nouveau milieu, c'est la réfraction.
Les rayons lumineux se propagent en ligne droite dans les milieux transparents. Mais ils peuvent changer de direction dans deux cas. Quand ces rayons atteignent un milieu réfléchissant les rayons changent de direction : c'est la réflexion.
La réfraction est le phénomène lumineux au cours duquel la lumière dévie de sa trajectoire rectiligne en changeant de vitesse lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre.
La loi de la réflexion stipule que l'angle d'incidence est toujours égal à l'angle de réflexion. De plus, le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale sont situés dans un même plan.
En optique géométrique, le phénomène de réflexion totale survient lorsqu'un rayon lumineux arrive sur la surface de séparation de deux milieux d'indices optiques différents avec un angle d'incidence supérieur à une valeur critique : il n'y a alors plus de rayon réfracté transmis et seul subsiste un rayon réfléchi.
On distingue ainsi trois types de réflexion : réflexion spéculaire, réflexion diffuse et réflexion de volume.
La réflexion optique est une réflexion physique décrite comme le changement de direction de propagation d'une onde lumineuse qui après réflexion reste dans le milieu de propagation initial. Il existe deux types de réflexion de la lumière : spéculaire ou diffuse, suivant la nature du matériau et de l'interface.
La réflexion correspond à la lumière qui se réfléchit. Première loi de Snell-Descartes : le rayon réfracté, le rayon incident et la normale appartiennent au même plan. Ce plan est appelé plan d'incidence. Deuxième loi de Snell-Descartes sur la réflexion : les angles d'incidence et de réflexion sont égaux : .
Ces deux lois sont équivalentes à: Le rayon réfléchi et le rayon incident, orientés dans le sens de la lumière, sont symétriques par rapport au plan tangent au miroir au point d'incidence.
Angle de réfraction - θr
La loi de la réfraction nécessite deux éléments: le rayon réfracté est dans le même plan que le rayon incident et la normale. De plus, la relation liant les indices de réfraction des deux milieux et les angles d'incidence et de réfraction suit la loi de Snell-Descartes.
La réfraction est le processus au cours duquel les rayons lumineux sont « déviés » à travers l'œil (la cornée et le cristallin) selon un certain angle. Ces rayons lumineux sont ensuite projetés sur la rétine, de façon à ce que le cerveau puisse ensuite, pour la vision de loin, les convertir en une image nette.
Deux conditions doivent être réunies pour qu'une réflexion totale interne puisse se produire. L'indice de réfraction du milieu incident doit être plus grand que celui du milieu réfracté (n1>n2). L'angle d'incidence doit être supérieur à l'angle critique (θi>θc).
La lumière est déviée lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre (par exemple : de l'air à l'eau, ou le contraire…). C'est ce phénomène qu'on observe lorsque l'on regarde une paille dans un verre : celle-ci paraît brisée. Cette « fracture » apparente est à l'origine du mot « réfraction ».
Elle est produite par l'oscillation des dipôles de la matière excitée par l'onde incidente ; cette oscillation provoque une émission électromagnétique qui donne une onde réfléchie. On peut calculer la réflexion vitreuse à l'aide des coefficients de Fresnel.
Cas particulier : Lorsque le faisceau lumineux arrive perpendiculairement à la surface de séparation de deux milieux, il n'est pas dévié. Ce phénomène existe lorsque la réfraction atteint ses limites et n'est plus possible.
« Le rayon réfracté et le rayon réfléchi appartiennent au même plan que le rayon incident et la normale. » Passons à la deuxième loi de Descartes. La deuxième loi de Descartes concerne le rayon réfléchi, tandis que la 3ème loi de Descartes concerne le rayon réfracté.
Les lois de Snell-Descartes décrivent le comportement de la lumière à l'interface de deux milieux. Ces lois sont au nombre de quatre, deux pour la réflexion et deux pour la réfraction.
Réflexion totale
La limite sin i = n2/n1 définit un angle limite ilim = arcsin (n2/n1), au-delà duquel il n'y a plus de rayon réfracté. Toute la lumière est alors réfléchie dans le premier milieu.
Parallèlement, le physicien néerlandais Christiaan Huygens développe, en 1678, une théorie ondulatoire de la lumière. Selon lui, elle serait constituée d'ondes sphériques émises en différents points. La lumière réelle en serait l'enveloppe. Avec sa théorie, il parvient à expliquer la réflexion et la réfraction.
Il faut tracer la tangente au point où arrive le rayon. Cette tangente correspond à la surface de séparation en ce point. En traçant la normale, on constate qu'elle est confondue avec le rayon incident donc le rayon arrive perpendiculairement à la surface de séparation donc le rayon n'est pas dévié.
La réflexion spéculaire, que l'on appelle également reflet voilé, est une notion importante en éclairage : elle conceptualise la réflexion de la lumière sur un objet ou une aire qui obscurcit les détails.
La majorité des objets autour de nous n'émettent pas de lumière mais réfléchissent plutôt la lumière d'une source externe. Ainsi, c'est seulement à cause de cette réflexion que l'on peut les voir. Il se trouve que lorsque la lumière est réfléchie, elle le fait selon une loi appelée loi de la réflexion.
Qui réfléchit la lumière, qui a des reflets. ➙ brillant, clair, étincelant. Métal luisant. ➙ poli.