Glossaire

réflexion

  Curieux  

Lorsqu'un faisceau de lumière (ou, plus généralement, de rayonnement électromagnétique ) rencontre une surface matérielle qui sépare le milieu où il se propage d'un milieu de nature physique différente, chaque rayon du rayonnement incident (sous-entendu : sur cette surface) composant ce faisceau subit en tout ou en partie un changement de direction, par lequel il est renvoyé vers le milieu d'origine du faisceau sans avoir pénétré dans le milieu situé au-delà de la surface : ce processus de retour du rayon incident se nomme une réflexion, et le rayonnement dans lequel il se fond alors est le rayonnement réfléchi ; la part du rayonnement incident qui, éventuellement, pénètre dans le nouveau milieu après avoir traversé la surface de séparation s'appelle le rayonnement réfracté , et le processus correspondant est une réfraction .

La réflexion, il faut le souligner, peut se réaliser en fait suivant deux modes différents :

 

  • si la surface d'incidence est suffisamment lisse pour ne présenter que des irrégularités de très petites dimensions — ce qui est le cas pour les miroirs, par exemple — , il se produit une réflexion spéculaire ( speculum signifie "miroir" en latin), dans laquelle l' angle de réflexion , c'est-à-dire l'angle entre la direction du rayon réfléchi et la perpendiculaire à la surface de séparation au point d'incidence, est égal à l'angle entre cette même perpendiculaire et la direction du rayon incident ou angle d'incidence , les deux angles (compris entre 0° et 90°) se trouvant de plus dans un même plan ;

 

 

  • si par contre la surface d'incidence est trop rugueuse — ce qui vaut pour la plupart des cas — , il se produit une réflexion diffuse , dans laquelle l'orientation du rayon réfléchi n'est pas liée par une loi simple à celle du rayon incident et peut emprunter a priori n'importe quelle direction, à partir du point d'incidence, dans le milieu de propagation initial. C'est là ce qui survient souvent dans l' atmosphère , où différents milieux se composent en tout ou en partie de particules — les molécules gazeuses dans l' air , les aérosols , les gouttelettes d'eau ou les cristaux de glace de milieux condensés tels que les nuages — qui renvoient vers leur environnement, par diffusion , le rayonnement lumineux qu'ils reçoivent de cet environnement : ainsi, ces milieux réfléchissent partiellement le rayonnement solaire vers l'espace interplanétaire, ou le rayonnement infrarouge de la Terre vers la surface du globe, ou le rayonnement visible reçu par des nuages vers l'air qui englobe ces derniers (il s'agit là de "réflexions" au sens large, car le rayon incident peut avoir pénétré dans le milieu d'accueil en y parcourant un chemin plus ou moins long et aléatoire avant de ressortir vers le milieu de départ). La majeure partie des processus de réflexion aux limites supérieures de l'atmosphère, dans l'atmosphère elle-même et à la surface terrestre s'effectue par réflexion diffuse.

 


  Initié  

La réflexion est en réalité un processus ondulatoire, chaque rayon lumineux schématisant une direction de propagation d'une onde lumineuse : cette direction éprouve un changement discontinu, immédiatement consécutif au contact du front d'onde avec une surface délimitant un milieu adjacent au milieu où elle se propageait ; une partie au moins de l'onde, alors, ne pénètre pas dans cet autre milieu, mais est renvoyée par la surface dans le milieu initial, cela sans que la longueur d'onde de chaque rayon incident ait été modifiée après réflexion (cependant, le spectre de longueurs d'onde du rayonnement réfléchi peut être modifié par rapport à celui du rayonnement incident en cas d' absorption ou de transmission différentielles d'une partie de ce dernier à travers la surface d'incidence).

D'un point de vue géométrique, on peut représenter respectivement par les demi-droites IM, IM', IN les directions du rayon incident, du rayon réfléchi et de la normale à la surface d'incidence (S) au point d'incidence I de cette surface ; les angles d'incidence et de réflexion sont alors les angles aigus i = ( IN , IM ) et i' = ( IN , IM' ) mesurés entre 0° et 90°. Dans le cas de la réflexion spéculaire, les trois demi-droites IM, IM', IN sont dans un même plan perpendiculaire au plan tangent en I à (S), et l'on a i = i' (autrement dit, les rayons incident et réfléchi sont symétriques par rapport à la normale en I à la surface d'incidence) : de ces lois se déduisent les propriétés optiques des surfaces réfléchissantes telles que les miroirs, qui présentent des irrégularités de dimension négligeable par rapport à la longueur d'onde du rayonnement incident ; quand ces irrégularités deviennent d'un ordre de grandeur comparable ou supérieur à cette longueur d'onde, la direction du rayon réfléchi n'est plus liée à celle du rayon incident par une loi de symétrie et la réflexion se fait sur le mode de la diffusion , comme il advient le plus souvent dans l' atmosphère .

Le processus de réflexion n'est pas spécifique des ondes lumineuses , mais se retrouve dans tous les phénomènes ondulatoires, où il est à la source des phénomènes d' écho , comme dans les échos sonores ou les échos radar. Ainsi le retrouve-t-on, parmi bien des exemples, dans les ondes acoustiques ou dans l'ensemble des ondes électromagnétiques , qui comprennent en particulier les ondes radioélectriques , transmises à grande distance par réflexion contre des couches ionisées de la haute atmosphère . À noter que la réflexion contre une surface matérielle existe aussi en mécanique, par exemple lors d'une collision entre deux corps solides animés de vitesses différentes, les trajectoires des corps se substituant alors aux parcours des rayons : ainsi, une boule de billard se meut, avant et après un choc contre la paroi de la table, suivant les lois de la réflexion spéculaire.