RÉFRACTION, physique

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Changement de la direction de propagation d'une onde plane progressive, monochromatique, lors du passage d'un milieu dans un autre. Cette direction est définie d'une manière univoque dans les milieux isotropes, tandis que, dans les milieux anisotropes, il convient de distinguer les directions de la normale à la surface d'onde et du « rayon » suivant lequel se propage l'énergie.

Dans les milieux isotropes, la géométrie de la réfraction, qui est indépendante de la nature de l'onde, obéit aux lois de Descartes-Snellius. Les propriétés dynamiques de la réfraction (intensité, polarisation) sont déterminées par la nature physique du phénomène vibratoire et résultent des conditions aux limites. Pour les ondes électromagnétiques, elles sont données par les formules de Fresnel.

Dans les milieux anisotropes, naturels (cristaux) ou artificiels (produits par un champ appliqué, par une déformation, etc.), il y a « double réfraction » (biréfringence) : une onde dans un milieu isotrope engendre, dans le milieu anisotrope contigu, deux ondes.

L'interprétation atomique de la réfraction est fondée sur les ondes élémentaires sphériques (ondes secondaires) émises par les oscillateurs atomiques du second milieu sous l'action de l'onde primaire. L'interférence des ondes secondaires, entre elles et avec l'onde primaire, conduit à une onde résultante ayant les propriétés indiquées par les lois de la réfraction.

En mécanique quantique, l'onde de De Broglie associée à une particule libre (solution de l'équation de Schrödinger pour un potentiel uniforme) subit une réfraction en accord avec la loi de Descartes-Snellius quand elle passe d'une région de potentiel U1 dans une région de potentiel U2, l'indice de réfraction relatif étant :

où W est l'énergie totale de la particule.

Dans le cas d'un champ statique, on emploie le terme « réfraction » pour désigner la déviation des lignes de force à travers la surface de séparation entre deux milieux. Alors, l'analogue de la loi de Descartes-Snellius est ε2 tan α1 = ε1 tan α2 pour un champ électrostatique et, de même, μ2 tan α1 = μ1 tan α2 pour un champ magnétostatique, où ε1, ε2 et μ1, μ2 sont respectivement les constantes diélectriques et les perméabilités magnétiques des milieux en contact. À la différence de la réfraction des ondes, aucune réflexion n'accompagne la réfraction des lignes de force.

—  Viorel SERGIESCO

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Pour citer l’article

Viorel SERGIESCO, « RÉFRACTION, physique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 septembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/refraction-physique/