La réfraction

Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 2 : La réflexion Page
1
PHYSIQUE
OPTIQUE
La réfraction
Chapitre 3
MARC VOYER
CSDPS
2016-17

Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 3 : La réfraction Page 1
La réfraction de la lumière
Lorsqu’on plonge partiellement dans l’eau une tige bien droite, elle paraît
courbée; le Soleil paraît ovale plutôt que rond juste avant de se coucher; un
ruisseau peut sembler beaucoup moins profond qu’il ne l’est en réalité; le pavé
est miroitant par une chaude journée d’été.
Tous ces phénomènes sont expliqués par la réfraction de la lumière, soit le
changement de direction de la lumière lorsqu’elle passe, en biais d’un milieu à
un autre.
La transmission de la lumière d’un milieu transparent à un autre
Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu transparent à un autre, une petite
portion de cette lumière subit une réflexion spéculaire sur la surface de
séparation des deux milieux. Toutefois, l’autre portion de cette lumière (la plus
importante) franchit cette surface de séparation. On dit qu’elle est transmise
vers le second milieu. Cette transmission ne se fait pas sans peine, car la
lumière subit une déviation en entrant dans le second milieu ; c’est ce qu’on
appelle la réfraction de la lumière. La réfraction est due au fait que la lumière
ne circule pas à la même vitesse dans chacun des milieux.
Dans le vide, la lumière se déplace à 3 x 108 m/s. Dans l’atmosphère, le
passage de la lumière se fait facilement, car il y a peu de molécules : sa vitesse
reste presque inchangée. Cependant lorsque la lumière se déplace dans l’eau
sa vitesse n’est plus que de 2,25 x 108 m/s. C’est ce ralentissement de la
lumière qui la force à se rapprocher de la droite normale.
L’indice de réfraction et la réfringence d’un milieu
Lors du passage d’un rayon d’un milieu 1 à un milieu 2, l’importance de la
déviation de la lumière dépend de la réfringence des milieux 1 et 2. On mesure
la réfringence d’un milieu à l’aide de son indice de réfraction, symbolisé par la
lettre n. L’indice de réfraction d’un milieu est défini comme le rapport de la
vitesse de la lumière dans le vide sur la vitesse de la lumière dans ce milieu.
nmilieu x =
Vitesse de la lumière dans le vide
Vitesse de la lumière dans le milieu x

Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 3 : La réfraction Page 2
Par définition, l’indice de réfraction de vide est donc égal à 1. Puisque tous les
milieux matériels ralentissent le passage de la lumière, il est impossible d’avoir
un indice de réfraction plus petit que 1. Plus un milieu ralentit le passage de la
lumière, plus ce milieu est réfringent (plus il dévie la lumière) et plus son indice
de réfraction est élevé.
Les paramètres physiques caractéristiques de la réfraction
Il existe une relation inverse entre l’indice de réfraction dans un milieu et l’angle
que fait le rayon lumineux avec la normale dans ce milieu. Ainsi, lorsque l’indice
de réfraction du premier milieu est inférieur à celui du second (n1 n2), la mesure
de l’angle 1 est supérieure à celle de l’angle 2.
1 : angle d’incidence (i)
(angle avec la normale dans le milieu 1)
2 : angle de réfraction (R)
(angle avec la normale dans le milieu 2)
n1 : indice de réfraction dans le milieu 1
n2 : indice de réfraction dans le milieu 2
L’indice de réfraction
Le rapport de la vitesse dans le vide (c) et dans un matériau donné (v) est
appelé indice de réfraction (n) du matériau en question. Soit :
v
c
n

Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 3 : La réfraction Page 3
1. La vitesse de la lumière dans un liquide est de 2,25 x 108 m/s. Quel est l’indice de
réfraction du liquide ? Identifie le liquide.
2. Puisque l’indice de réfraction de la lucite est de 1,51, calcule la vitesse de la
lumière dans la lucite.
3. Quel est l’indice de réfraction d’un liquide dans lequel la lumière se déplace à une
vitesse de 2,5 x 108 m/s ?
4. L’indice de réfraction du diamant est de 2,42. À quelle vitesse se déplace la
lumière dans cette pierre précieuse ?
5. Dans les bijoux de fantaisie, on utilise souvent du zircon (n = 1,92) pour imiter le
diamant. Calcule la perte de vitesse de la lumière lorsqu’elle passe de l’air au
zircon.

Marc Voyer Physique : Optique : Chapitre 3 : La réfraction Page 4
La loi de la réfraction
2211 sinsin
nn 
1. La lumière passe d’un verre crown (n = 1,52) à l’air. L’angle de réfraction dans l’air
est de 60. Quel est l’angle d’incidence dans le verre ?
2. La lumière passe du verre crown (n = 1,52) à l’eau (n = 1,33). L’angle d’incidence
dans le verre crown est de 40. Quel est l’angle de réfraction dans l’eau ?
3. Si l’indice de réfraction du diamant est 2,42, quel sera l’angle de réfraction
correspondant à un angle d’incidence de 60 dans l’eau (n = 1,33) ?