La réflexion totale interne et l'angle limite

Quand la lumière ne peut plus sortir

Lorsque la lumière passe d'un milieu plus réfringent (n1 grand) vers un milieu moins réfringent (n2 petit, avec n2 < n1), l'angle de réfraction i2 est toujours plus grand que l'angle d'incidence i1. À partir d'un certain angle d'incidence, appelé angle limite (noté ilim), l'angle de réfraction atteindrait 90 degrés : le rayon réfracté raserait la surface.

Au-delà de cet angle limite, il n'y a plus de rayon réfracté du tout : toute la lumière est réfléchie à l'intérieur du milieu 1. C'est la réflexion totale interne.

Calcul de l'angle limite

L'angle limite correspond au cas où i2 = 90 degrés, donc sin(i2) = 1. La loi de Snell-Descartes donne alors :

n1 * sin(ilim) = n2 * sin(90) = n2

Donc : sin(ilim) = n2 / n1

Cette formule n'a de sens que si n2 <= n1 (sinon sin(ilim) > 1, ce qui est impossible).

Exemple concret : la fibre optique

Dans une fibre optique, la lumière se propage dans un coeur d'indice élevé entouré d'une gaine d'indice plus faible. Grâce à la réflexion totale interne, la lumière reste piégée à l'intérieur du coeur et se propage sur de très longues distances sans s'échapper, ce qui permet de transmettre des données internet à grande vitesse.

Autre exemple : sous l'eau, un plongeur qui regarde vers la surface avec un angle trop rasant ne voit plus le ciel mais uniquement le reflet du fond, à cause de la réflexion totale.

Piège classique

La réflexion totale interne ne peut se produire QUE lorsque la lumière va d'un milieu plus réfringent vers un milieu moins réfringent (n1 > n2). Dans le sens inverse (n1 < n2), il n'existe pas d'angle limite : la lumière entre toujours, elle est simplement déviée.