Définition: Lorsqu’un rayon lumineux se déplace d’un milieu plus dense vers un milieu plus rare, avec un angle d’incidence de la lumière supérieur à un angle critique, le rayon incident est réfléchi vers le même milieu. Ce phénomène est appelé réflexion interne totale. Il est abrégé en TIR.
Maintenant, la question se pose : pourquoi parlons-nous de réflexion interne totale ?
La réponse est que le rayon lumineux complet est réfléchi vers le même milieu sans aucune perte, c’est ce qu’on appelle ainsi. Nous discuterons de ce concept plus en détail, mais avant cela, comprenons comment tout rayon lumineux présente une réflexion et une réfraction.
Réfraction et réflexion du rayon lumineux
Considérons deux médiums, le premier m1est le milieu le plus rare et le deuxième m2 est le milieu le plus dense.
Nous savons que lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu plus dense à un milieu plus rare, il a alors tendance à s’éloigner de la normale.
Dans ce cas, l’angle du rayon réfracté sera certainement supérieur à l’angle incident.
Jetons un coup d’œil à la figure ci-dessous qui représente la réfraction de la lumière.:
Dans la figure ci-dessus, le rayon 1 représente un angle d’incidence spécifique. Que cet angle soit moi1. Ainsi, après avoir frappé la surface, le rayon est réfracté et atteint un milieu plus rare. Ici, l’angle du rayon réfracté est représenté par r1. De plus, nous pouvons voir que le rayon 2 incident sur la surface avec un angle plus grand que le précédent. Considérez que c’est moi2. Ainsi, après avoir heurté la surface, le rayon 2 est réfracté en faisant un angle r2 dans le milieu le plus rare.
Considérons un autre cas où l’angle d’incidence est encore augmenté, celui-ci est représenté par le rayon 3. Ainsi, dans ce cas, le rayon réfracté se déplace le long de la surface. Ainsi, ce cas montre que l’angle de réfraction est de 90°.
Angle d’incidence pour lequel le rayon réfracté forme un angle de 90° et commence à se déplacer le long de la surface. Cet angle d’incidence spécifique est alors appelé angle critique. Ainsi, la réfraction n’est rien d’autre que la courbure des rayons lumineux lorsqu’ils passent d’un milieu à un autre.
Voyons maintenant l’avancement de la figure présentée ci-dessus.:
L’avancée n’est rien, mais c’est simplement que maintenant le rayon frappe la surface avec un angle supérieur à l’angle critique. Ceci est représenté par le rayon 4 dans la figure ci-dessus. Ainsi, nous pouvons voir que le rayon 4 en frappant le milieu fait un angle i4se reflète maintenant vers le même médium à travers lequel il s’est produit. Ainsi, cela montre que lorsque la valeur de l’angle d’incidence est augmentée au-dessus de la valeur critique, le rayon qui se réfractait plus tôt vers un milieu différent sera désormais réfléchi et reviendra vers le même milieu.
C’est ce qu’on appelle une réflexion interne de la lumière. Cependant, le rayon complet était réfléchi sans aucune réfraction ni perte dans l’autre milieu. C’est pourquoi on parle de réflexion interne totale.
Comme nous l’avons déjà dit, l’angle de réfraction est toujours supérieur à l’angle d’incidence. Il est donc à noter que la valeur de l’angle critique ne peut jamais être de 90°.
Conditions pour une réflexion interne totale
Fondamentalement, il y a deux conditions qui doivent nécessairement être remplies pour parvenir à une réflexion interne totale, qui sont les suivantes :
- Il est obligatoire que la lumière passe d’un milieu plus dense à un milieu plus rare pour que le TIR ait lieu.
- L’angle d’incidence doit être sensiblement plus grand que l’angle critique.
Applications de la réflexion interne totale
- Communication par fibre optique: Le phénomène TIR est utilisé dans la communication via les fibres optiques.
Comme lorsqu’un rayon lumineux se propage à travers une fibre optique, le petit diamètre du noyau ne permet qu’une faible réflexion de la lumière. Ainsi, dans ce cas, l’angle incident sera certainement plus grand que l’angle critique. Et l’indice de réfraction du noyau est supérieur à celui de la gaine.
Ainsi, la lumière peut se propager via TIR à l’intérieur d’une fibre optique.
- Mirage: C’est aussi un phénomène généré par le TIR. Dans un mirage, en raison de la réfraction de la lumière, une illusion d’eau est remarquée en raison du milieu non uniforme.
Ce phénomène est majoritairement ressenti lors des journées ensoleillées. A plusieurs mètres de distance (environ 100 m), on peut imaginer une flaque d’eau (une sorte de bassin d’eau) mais en arrivant à cet endroit précis, une telle flaque d’eau n’existe pas et cela s’avère simplement n’être qu’une illusion.
- Brillance extrême du diamant: L’extrême luminosité d’un diamant est également le résultat d’une réflexion interne totale. Comme le diamant a une valeur d’angle critique plus faible et un indice de réfraction plus élevé. Grâce à quoi une réflexion complète y est constatée sans pertes majeures.
L’angle critique joue un rôle crucial dans le TIR. Maintenant, la question se pose de savoir pourquoi il a été nommé ainsi ?
La réponse à cette question est que tous les rayons incidents avec un angle inférieur à cet angle sont réfractés et atteignent un autre milieu. Et tous les rayons qui tombent sous un angle supérieur à cette valeur particulière seront réfléchis. Ainsi, cette valeur extrême est appelée valeur critique et cet angle est appelé angle critique.