Y a-t-il réflexion totale en passant de l’air à l’eau ?

Non. La réflexion totale n’est possible que d’un milieu de plus grand n vers un milieu de plus petit n. De l’air vers l’eau, le rayon se réfracte toujours vers l’intérieur (et se réfléchit en partie) ; il n’y a pas d’angle limite sur cette frontière.

Toute l’énergie se réfléchit-elle à la réflexion totale ?

Dans des milieux transparents idéaux à frontière lisse, oui : il n’y a pas de rayon réfracté. Dans la matière, il y a absorption et rugosité ; sur une bonne fibre, les pertes à la frontière restent néanmoins faibles.

Quel lien entre la réflexion totale et la fibre optique ?

Un cœur de plus grand n est entouré d’une gaine de plus petit n. Les rayons qui tombent sur la frontière au-delà de l’angle limite se réfléchissent de proche en proche et cheminent le long de la fibre. C’est sur cela que repose la transmission du signal.

Pourquoi voit-on encore le rayon réfléchi avant l’angle limite ?

À toute frontière entre deux milieux, une partie de la lumière se réfléchit (formules de Fresnel), une partie se réfracte. Avant θ_c, la réflexion est partielle. Après θ_c, la réfraction disparaît et la réflexion devient totale.

Réflexion totale

Angle limite θ_c = arcsin(n₂/n₁) ; rayon issu du milieu plus réfringent et analogie avec la fibre.

À propos du modèle

La réflexion totale apparaît lorsque la lumière va d’un milieu d’indice plus grand n₁ vers un milieu d’indice plus petit n₂ et que l’angle d’incidence dépasse l’angle limite θ_c = arcsin(n₂/n₁). Avant l’angle limite, il y a un rayon réfracté et un rayon partiellement réfléchi ; après, plus de réfracté : dans le modèle idéal, toute l’énergie revient selon la loi de la réflexion. La loi de la réfraction n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ avec θ₂ = 90° donne justement θ_c. La frontière est plane, les milieux sans absorption. On fait varier n₁, n₂ et l’angle d’incidence ; sur le schéma, aussi un rappel du cœur d’une fibre, où la même réflexion totale retient le rayon.

Public : Lycée et L1 : angle limite et réflexion totale.

Notions clés

réflexion totale
angle limite
loi de la réfraction
indice de réfraction
angle d’incidence
angle de réfraction
milieu plus réfringent
fibre optique

Comment ça marche

La lumière part du milieu inférieur, plus réfringent, vers le haut. Tant que θ_i < θ_c = arcsin(n₂/n₁), il y a un rayon réfracté ; si θ_i > θ_c, il disparaît — réflexion totale. À côté, sur le schéma, un rappel du cœur de fibre. L’absorption et l’onde évanescente au-delà de la frontière ne sont pas calculées ici.

Formules

n₁ sin θᵢ = n₂ sin θₜ (Descartes)

θ_crit = arcsin(n₂/n₁) si n₁ > n₂

Questions fréquentes

Y a-t-il réflexion totale en passant de l’air à l’eau ?: Non. La réflexion totale n’est possible que d’un milieu de plus grand n vers un milieu de plus petit n. De l’air vers l’eau, le rayon se réfracte toujours vers l’intérieur (et se réfléchit en partie) ; il n’y a pas d’angle limite sur cette frontière.
Toute l’énergie se réfléchit-elle à la réflexion totale ?: Dans des milieux transparents idéaux à frontière lisse, oui : il n’y a pas de rayon réfracté. Dans la matière, il y a absorption et rugosité ; sur une bonne fibre, les pertes à la frontière restent néanmoins faibles.
Quel lien entre la réflexion totale et la fibre optique ?: Un cœur de plus grand n est entouré d’une gaine de plus petit n. Les rayons qui tombent sur la frontière au-delà de l’angle limite se réfléchissent de proche en proche et cheminent le long de la fibre. C’est sur cela que repose la transmission du signal.
Pourquoi voit-on encore le rayon réfléchi avant l’angle limite ?: À toute frontière entre deux milieux, une partie de la lumière se réfléchit (formules de Fresnel), une partie se réfracte. Avant θ_c, la réflexion est partielle. Après θ_c, la réfraction disparaît et la réflexion devient totale.

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