Propagation de la lumière dans le vide et dans les milieux transparents - Le phénomène de dispersion de la lumière

Lorsqu’une surface renvoie la lumière dans une direction privilégiée, on dit qu’elle réfléchit la lumière : c’est le phénomène de réflexion.
Lorsque la lumière traverse une surface de séparation entre deux milieux transparents différents, et qu’elle subit un brusque changement de direction : c’est le phénomène de réfraction.

A la surface de séparation qui sépare 2 milieux transparents d'indices de réfraction différents, on peut observer simultanément les phénomènes de réflexion, de réfraction et de diffusion de la lumière : une partie de la lumière est réfléchie, l’autre est transmise avec un changement de direction (elle est réfractée). Quant à la diffusion, elle se matérialise sous la forme d'une tache de diffusion, observable au « point d'entrée » du faisceau incident dans l'autre milieu.
- Le rayon réfléchi est dans le plan d’incidence.
- Le rayon réfracté est dans le même plan incident.

On dit alors que le second milieu est plus réfringent que le premier.
Lorsqu’un rayon incident passe d’un milieu d’indice n1 à un autre milieu d’indice n2 tel que n1 > n2 (exemple : passage de l’eau à l’air), il peut y avoir deux cas de figure :
• Si i1 < ilim alors i1 < i2.

• Si i1 > ilim toute la lumière est alors réfléchie : la surface eau-air joue le rôle de miroir : c’est le phénomène de réflexion totale.

Loi de Descartes de la réflexion : le rayon réfléchi est dans le plan d’incidence, et l’angle de réflexion a la même mesure que celui d’incidence.
Loi de Descartes de la réfraction : le rayon réfracté est dans le plan d’incidence.
L’angle d’incidence i1 dans le milieu d’indice n1 et l’angle réfracté i2 dans le milieu n2 sont liés par la relation :
Le phénomène de réflexion totale se produit à la surface de séparation de deux milieux d’indice n1 et n2 lorsque n1>n2 et i1> il (avec ilim l’angle limite tel que sin ilim = n2 / n1).


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