La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent. Cependant, lorsqu'elle change de milieu de propagation (passage de l'air à l'eau par exemple), la lumière peut subir deux phénomènes : une réflexion (le rayon repart dans le milieu initial) ou une réfraction (changement de direction de propagation). La surface de séparation entre deux milieux est appelée dioptre.

Le rayon arrivant sur le dioptre est appelé rayon incident, celui qui subit la réflexion est le rayon réfléchi et le rayon qui subit la réfraction est le rayon réfracté (doc. 1).

Attention à bien déterminer les angles entre le rayon et la normale et non pas entre le rayon et la surface de séparation !

On appelle angle d'incidence i_{1}, l'angle formé par le rayon incident et la normale au dioptre, angle de réfraction i_{2}, l'angle formé par le rayon réfracté et la normale au dioptre, et angle de réflexion r, l'angle formé par le rayon réfléchi et la normale.

Les lois de Snell-Descartes : elles ont été établies indépendamment par Willebrord Snell et René Descartes au XVII^e siècle.

• 1^re loi de Snell-Descartes : le rayon incident, le rayon réfracté, le rayon réfléchi et la normale sont dans le même plan.


• 2^e loi de Snell-Descartes :
  
  n_{1} \cdot \sin \left(i_{1}\right)=n_{2} \cdot \sin \left(i_{2}\right) pour la réfraction ;
  Et i_{1}= r pour la réflexion.

n_{1} et n_{2} sont les indices de réfraction des milieux 1 et 2.

Découvrez ici la présentation des lois de Snell‑Descartes.

La dispersion d'une lumière polychromatique (composée de plusieurs radiations donc de plusieurs couleurs) est le phénomène de séparation des radiations qui composent cette lumière.

On dit qu'un milieu est dispersif si son indice de réfraction dépend de la longueur d'onde de la radiation lumineuse qui le traverse.

Ce type de milieu permet de décomposer la lumière blanche.

L'image de cette décomposition des couleurs sur un écran s'appelle le spectre de la lumière.

Il peut permettre d'identifier si une source lumineuse est monochromatique ou non.

L'arc‑en‑ciel est une application directe de la dispersion de la lumière du Soleil par les gouttes d'eau de la pluie qui tombent.

Chacune des gouttes agit comme un prisme et dévie les rayons lumineux différemment en fonction de leur longueur d'onde et donc de leur couleur.

La multiplicité des gouttes nous donne une vision d'ensemble de ce phénomène de dispersion qu'on appelle arc‑en‑ciel.