Indice de réfraction : qu'est-ce que c'est ?

Dans un milieu isotrope, l'indice de réfraction en un point par la formule suivante :

n=c₀/c
où c₀ est la célérité de la lumière dans le vide et c la célérité de la lumière dans le milieu en ce point.

Généralement, on note en indice le milieu auquel se rapporte l'indice en question comme dans n_eau par exemple. Ou il est possible de le noter entre parenthèses : n(verre). Remarquez que c₀ et c ayant la même unité, l'indice de réfraction n est, quant à lui, sans unité. Et comme il n'existe aucun milieu dans lequel la lumière se propage plus vite que dans le vide, n est toujours supérieur ou égal à 1. Notez cependant que certains métamatériauxmétamatériaux ou cristaux photoniques présentent des indices de réfraction compris entre 0 et 1 et même des indices de réfraction négatifs.

Plus un milieu transparenttransparent est dense, plus son indice de réfraction est élevé. Ainsi les gaz ont généralement des indices de réfraction plus proche de 1 que les liquides qui eux-mêmes ont des indices de réfraction plus faibles que les solidessolides. Et quelques paramètres peuvent faire varier l'indice de réfraction d'un milieu : la longueur d'ondelongueur d'onde, la température, la pressionpression ou encore la concentration d'une solution.

Déterminer l’indice de réfraction d’une pierre précieuse permet de l’identifier. En effet, l’indice de réfraction est propre à chaque pierre. © laminaria-vest, Pixabay, CC0 Creative Commons

Des conséquences sur le trajet de la lumière

Et plus l'indice de réfraction d'un milieu est élevé, plus le phénomène de réfraction de la lumière est prononcé. Lorsque la lumière passe du vide dans un milieu d'indice de réfraction important, par exemple, les rayons sont fortement déviés et se rapprochent de la normale à la surface de séparationséparation. Ainsi la seconde loi de Snell-Descartes :

n₁ x sin(i₁) = n₂ x sin(i₂)
où n₁ est l'indice de réfraction du milieu 1, i₁ l'angle que fait un rayon incident avec la normale à la surface de séparation, n₂ est l'indice de réfraction du milieu 2 et i₂ l'angle que fait un rayon réfracté avec la normale à la surface de séparation.

L'indice de réfraction n'est finalement autre que la résultante d'un phénomène microscopique de polarisation des atomesatomes sous l'influence de l'onde électromagnétique incidente. En électromagnétisme donc, l'indice de réfraction se définit à partir de la constante diélectrique et peut prendre des valeurs complexes dans des milieux absorbants.