Propagation dans les milieux

Auteur: Benjamin Mollier

Décomposition de la lumière

Un prisme utilise la propriété dispersive du verre pour décomposer la lumière. Dans tous les phénomènes dispersifs dus à la réfraction, le rouge sera moins dévié que le bleu. C'est comme ça que l'on distingue les phénomènes réfractifs des phénomènes diffractifs.

Crédit : B. Mollier (fortement inspiré de la pochette de l'album "Dark side of the moon" des Pink Floyd.)

Propagation à travers un milieu

Lorsque la lumière se propage dans un milieu (air, eau, verre...), elle interagit avec celui-ci. Ce dernier modifie les propriétés de la lumière. Il peut changer sa vitesse, lui prendre de l'énergie (plus rare, lui en donner).

Dans certains milieux, tel le verre, la vitesse est plus importante pour le rouge que pour le bleu. Ce phénomène est appelé dispersion. Il est utilisé, depuis Newton, dans les prismes, pour décomposer la lumière.

L'intensité lumineuse peut décroître dans les milieux. C'est le phénomène d'absorption (exemple : les lunettes de soleil). Elle peut également croître dans les milieux amplificateurs. Ces milieux sont utilisés dans les lasers.

Milieu transparent, homogène, isotrope

Dans la suite, ce cours se limitera à l'étude des milieux homogènes transparents et isotropes (HTI).

Transparent : le terme transparent fait référence ici à un milieu non absorbant.
Homogène : les propriétés du milieu sont les mêmes en tout point de l'espace.
Isotrope : les propriétés du milieu sont les mêmes dans toutes les directions.

Indice optique d'un milieu HTI

Nous venons de le voir, dans un milieu HTI (MHTI), la lumière se propage moins vite que dans le vide. On définit l'indice du milieu comme étant le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide sur sa vitesse dans le milieu.

$n\ =\ \frac{c}{v}$

La vitesse dans un milieu HTI étant toujours inférieure à celle dans le vide, est toujours supérieur à 1.

Propagation dans un MHTI

La vitesse dans un milieu HTI étant toujours inférieure à celle dans le vide, l'indice

est toujours supérieur à 1.

Crédit : B. Mollier

Les MHTI étant généralement dispersifs, l'indice dépend de la longueur d'onde.

Indices de différents milieux
Milieux	Indices
Vide	1
Air	1,00029
Eau	1,33
Verre crown	1,52
Verre flint	1,67

Le milieu est d'autant plus réfringent qu'augmente .

Vitesse de la lumière dans les milieux

La physique nous dit que la lumière va à la vitesse partout, tout le temps. Or, on constate qu'elle va moins vite dans les MHTI. En fait, dans ce type de milieu, la lumière interagit avec les molécules composant celui-ci. Entre chaque molécule, les photons voyagent à . Mais en interagissant, ils sont absorbés puis réémis, ils changent plusieurs fois de directions... Vu de loin, tout se passe comme si la lumière allait moins vite.