L'indice de réfraction provient du phénomène de réfraction qui désigne le changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre. La notion d'indice a d'abord été introduite empiriquement comme coefficient dans les lois de Snell-Descartes (Les lois de Snell-Descartes décrivent le comportement de la lumière à l'interface de...).
L'indice de réfraction (L'indice de réfraction d'un milieu à une longueur d'onde donnée mesure le facteur de...) d'un milieu déterminé pour une certaine radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) monochromatique (On qualifie de monochromatique (du grec mono-, un seul et chromos, couleur) une lumière dont la...) caractérise la vitesse (On distingue :) de propagation de cette radiation dans ce milieu, v étant la vitesse de propagation de la radiation considérée dans le milieu étudié.
Plus précisément, l'indice de réfraction (La réfraction, en physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie...) du milieu A par rapport au milieu B est le rapport des vitesses vB / vA, vA et vB étant les vitesses de la même radiation simple dans les milieux A et B. Si le milieu B est le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), la vitesse vB est égale à la constante c = 299 792 458 m/s (célérité de la lumière), et l'indice de réfraction est appelé indice absolu :
Dans le modèle de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) électromagnétique, la célérité (La célérité (traditionnellement notée c) est la vitesse de propagation d'un...) dans le vide est reliée aux propriétés électromagnétiques du vide (?0μ0c2 = 1) et l'indice est donc lié aux permittivité (La permittivité, plus précisément permittivité diélectrique, est une...) et perméabilité du matériau : ?r, μr.
Nota Bene : dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) ce qui précède, les formulations relatives à la vitesse dans le milieu, sous-entend l'existence d'une vitesse unique et donc que le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) est homogène et isotrope.
La valeur de l'indice dépend généralement de la longueur d'onde du rayon lumineux utilisé.
La première conséquence est l'effet sur la réfraction : l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de réfraction n'est pas le même pour différentes " couleurs ". Ceci explique la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) par un prisme ou par des gouttes d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) (arc-en-ciel).
Les indices de réfraction doivent donc se référer à une radiation monochromatique précise : la raie (Raie [ʀɛ] est un nom vernaculaire ambigu qui correspond en français à de...) D de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) (longueur d'onde 587,6 nm), proche du milieu du spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...), est utilisée fréquemment comme référence. On utilise également la raie D du sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un...) (longueur d'onde 589 nm). Il faut donc faire attention puisque toutes les deux ont tendance à être représentées par l'indice " nD ", mais puisque les valeurs des deux longueurs d'ondes sont très près l'une de l'autre, les indices sont généralement équivalents dans les deux cas, compte tenu de l'arrondissement des décimales et des incertitudes liées aux instruments de mesures.
La variation de l'indice de réfraction d'un milieu transparent dans le spectre visible est appelée dispersion ; elle est caractérisée par le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain...) de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...) ou nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'Abbe :
F et C désignant deux raies de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (longueurs d'onde λF = 486,1 nm et λC = 656,3 nm)
Pour la radiation D, l'indice absolu nD de l'eau à 20°C est de 1,333 ; celui d'un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) ordinaire est compris entre 1,511 à 1,535.
L'indice d'un milieu dépend des paramètres qui caractérisent le milieu : température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...), densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...), etc.
Ainsi, l'indice de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) est égal à 1,000 292 6 dans les conditions normales de température et de pression, mais cet indice dépend de la masse volumique (La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par...) de l'air, et sa variation continue entre des couches d'air de température différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...). Ceci permet d'expliquer les mirages.
Les contraintes imposées à un matériau transparent modifient son indice. La conséquence est généralement l'apparition d'une biréfringence (La biréfringence est la propriété physique d'un matériau dans lequel la...) liée à l'anisotropie (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction....) qui en résulte. Ceci est utilisé pour étudier certaines structures mécaniques.
Les milieux biréfringents ont deux indices de réfraction, appelés indice ordinaire et indice extraordinaire, qui correspondent à des rayonnements de polarisations différentes.
Certains matériaux n'ont pas un indice constant suivant la direction de propagation de la lumière. C'est le cas de certains cristaux dits cristaux anisotropes.
Matériau | Indice |
---|---|
Acétone (L'acétone en chimie, (nom officiel IUPAC propanone, aussi connue sous les noms de...) 1 | 1.360 |
Acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) | 2.500 |
Actinolite 1 | 1.618 |
Agalmatolite 1 | 1.550 |
Agate (L’agate est un quartz et constitue une variété de calcédoine.) 1 | 1.544 |
Agate mousse 1 | 1.540 |
Aigue-marine (L'aigue-marine est un minéral du groupe des silicates, subgroupe des cyclosilicates. c'est une...) 1 | 1.577 |
Air 1 | 1.0002926 |
Alcool 1 | 1.329 |
Alcool éthylique 1 | 1.36 |
Alexandrite (L’alexandrite est une variété de chrysobéryl qui a la particularité de...) 1 | 1.745 |
Aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) 1 | 1.44 |
Amblygonite (L'amblygonite est une espèce minérale formée de phosphate basique de lithium, sodium...) 1 | 1.611 |
Ambre (L’ambre est une oléorésine fossile sécrétée par des conifères,...) 1 | 1.546 |
Améthyste (L’améthyste est une variété de quartz violet (dioxyde de silicium), diaphane...) 1 | 1.544 |
Anatase (L’anatase est une espèce minérale formée d’oxyde de titane de formule...) 1 | 2.490 |
Andalousite (L’andalousite est une espèce minérale du groupe des silicates sous-groupe des...) 1 | 1.641 |
Anhydrite (L’anhydrite (genre masculin) est un minéral composé de sulfate naturel de calcium...) 1 | 1.571 |
Apatite (L' apatite est un nom générique désignant des phosphates hexagonaux de composition...) 1 | 1.632 |
Apophyllite (L’apophyllite, n’est pas une espèce minérale mais un nom...) 1 | 1.536 |
Aragonite (L’aragonite est une espèce minérale de la famille des carbonate de formule CaCO3...) 1 | 1.530 |
Argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du...) 1 | 0.180 |
Argon (L’argon est un élément chimique, de symbole Ar et de numéro atomique 18.) 1 | 1.000281 |
Augelite 1 | 1.574 |
Axinite (L’axinite est un nom générique qui recouvre 4 espèces minérales du...) 1 | 1.675 |
Azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) (gaz) 1 | 1.000297 |
Azote (liquide) 1 | 1.2053 |
Azurite 1 | 1.730 |
Baryte 1 | 1.636 |
Barytocalcite 1 | 1.684 |
Bénitoïte (La bénitoïte est une espèce minérale du groupe des silicates sous groupe des...) 1 | 1.757 |
Benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également...) 1 | 1.501 |
Béryl 1 | 1.577 |
Béryllonite 1 | 1.553 |
Bisulfure de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) 1 | 1.628 |
Bitume (Le bitume est une substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse...) 1 | 1.635 |
Brasilianite 1 | 1.603 |
Brome (Le brome est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Br et de...) (liquide) 1 | 1.661 |
Bronze (Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain...) 1 | 1.18 |
Brownite 1 | 1.567 |
Calcédoine 1 | 1.530 |
Calcite (La calcite est un minéral chimique ou biochimique (biominéralisation) composé de...) 1 | 1.486 |
Cancrinite 1 | 1.491 |
Caoutchouc | 1.5191 |
Cassitérite (La cassitérite est une espèce minérale composée de dioxyde d'étain de...) 1 | 1.997 |
Célestine (La célestine est une espèce minérale composée de sulfate naturel de strontium...) 1 | 1.622 |
Cérusite (La cérusite est une espèce minérale composée de carbonate naturel de plomb de...) 1 | 1.804 |
Ceylonite 1 | 1.770 |
Chalbyte 1 | 1.630 |
Chlore (Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de...) (gaz) 1 | 1.000768 |
Chlore (liquide) 1 | 1.385 |
Chlorure de sodium (Le chlorure de sodium est un composé chimique de formule NaCl. On l'appelle plus...) 1 | 1.544 |
Chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) 1 | 2.97 |
Chrome jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même...) 1 | 2.31 |
Chrome rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) 1 | 2.42 |
Chrome vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) 1 | 2.4 |
Chrysobéryl (Le chrysobéryl est une espèce minérale formée d'oxyde de béryllium et...) 1 | 1.745 |
Chrysocolle 1 | 1.500 |
Chrysoprase 1 | 1.534 |
Citrine (La citrine est une variété de quartz, dont la couleur jaune est due à la...) 1 | 1.550 |
Clinozoisite 1 | 1.724 |
Cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de...) bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) 1 | 1.74 |
Cobalt vert 1 | 1.97 |
Cobalt violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge...) 1 | 1.71 |
Colemanite 1 | 1.586 |
Coquille (calcaire) 1 | 1.530 |
Corail (Le corail est un animal de l'embranchement des Cnidaires, vivant généralement en colonies...) 1 | 1.486 |
Cordiérite (La cordiérite est une espèce minérale constituée de silicate de magnésium...) 1 | 1.540 |
Corindon 1 | 1.766 |
Craie 1 | 1.510 |
Cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...) 1 | 2.00 |
Cristal d'iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de...) 1 | 3.34 |
Crocoïte (La crocoite est une espèce minérale du groupe des chromates, de formule PbCrO4, pouvant...) 1 | 2.310 |
Cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) 1 | 1.10 |
Cuprite 1 | 2.850 |
Danburite (La danburite est une espèce minérale du groupe des silicates sous-groupe des...) 1 | 1.633 |
Diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la...) 1 | 2.417 |
Diopside 1 | 1.680 |
CO2 (gaz) 1 | 1.000449 |
Disthène (Le disthène (agréé par l'IMA sous le nom de terme anglo-saxon de " kyanite ") est...) | 1.715 |
Dolomite (La dolomite est une espèce minérale formée de carbonate de calcium et de...) 1 | 1.503 |
Dumortiérite 1 | 1.686 |
Eau (gaz) 1 | 1.000261 |
Eau à 100°C 1 | 1.31819 |
Eau à 20°C 1 | 1.33335 |
Eau à 35°C 1 | 1.33157 |
Ebonite 1 | 1.66 |
Ecume de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) 1 | 1.530 |
Ekanite 1 | 1.600 |
Emeraude 1 | 1.576 |
Enstatite 1 | 1.663 |
Epidote 1 | 1.733 |
Ethanol 1 | 1.36 |
Euclase 1 | 1.652 |
Feldspath, albite (Une albite est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des...) 1 | 1.525 |
Feldspath, amazonite 1 | 1.525 |
Feldspath, aventurine 1 | 1.532 |
Feldspath, labradorite 1 | 1.565 |
Feldspath, microcline 1 | 1.525 |
Feldspath, oligoclase (L’oligoclase est un minéral de la classe des silicates subclasse des tectosilicates de...) 1 | 1.539 |
Feldspath, orthose (L'orthose (en anglais : orthoclase) est un minéral du groupe des silicates sous groupe...) 1 | 1.525 |
Fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) 1 | 1.51 |
Fluorite 1 | 1.434 |
Flurorure 1 | 1.56 |
Formica (Formica est un genre de fourmis.) (marque déposée) (résine) 1 | 1.47 |
Gaylussite 1 | 1.517 |
Glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) 1 | 1.309 |
Glycérine 1 | 1.473 |
Grenat (Grenat désigne une famille de minéraux du groupe des nésosilicates cristallisant...), almandin (Un almandin est une espèce minérale du groupe des silicates sous groupe des...) 1 | 1.760 |
Grenat, andradite (L’andradite est une espèce minérale du groupe des silicates sous groupe des...) 1 | 1.820 |
Grenat, grossulaire 1 | 1.738 |
Grenat, hessonite 1 | 1.745 |
Grenat, rhodolite 1 | 1.760 |
Grenat, spessartine (La spessartine, est une espèce minérale, du groupe des silicates, sous-groupe des...) 1 | 1.810 |
Hambergite 1 | 1.559 |
Hauynite 1 | 1.502 |
Hélium 1 | 1.000036 |
Hématite (L’hématite, est une espèce minérale composée d’oxyde de fer(III)...) 1 | 2.940 |
Hémimorphite (L’ hémimorphite est une espèce minérale du groupe des silicates, sous groupe...) 1 | 1.614 |
Hiddénite 1 | 1.655 |
Howlite 1 | 1.586 |
Hydrogène (gaz) 1 | 1.000140 |
Hydrogène (liquide) 1 | 1.0974 |
Hypersthène 1 | 1.670 |
Idocrase 1 | 1.713 |
Iolite 1 | 1.548 |
Ivoire 1 | 1.540 |
Jade (Le jade est une pierre gemme très dure et tenace employée en ornementation et en...), jadéite (La jadéite est un minéral de la famille des silicates, classe des inosilicates, groupe...) 1 | 1.665 |
Jade, néphrite 1 | 1.610 |
Jais (Le jais (du latin gagâtes, pierre de Gages, en Lycie) est une gemme fossile formée par...) 1 | 1.660 |
Jaspe (Le jaspe est une roche sédimentaire contenant de 90 à 95 % de silice, souvent...) 1 | 1.540 |
Komérupine 1 | 1.665 |
Kunzite 1 | 1.655 |
Lapis-Lazuli (Le lapis-lazuli est une roche métamorphique, contenant des silicates du groupe des...) 1 | 1.61 |
Lazulite 1 | 1.615 |
Leucite 1 | 1.509 |
Magnésite (La magnésite est une espèce minérale composée de carbonate de magnésium de...) 1 | 1.515 |
Malachite (La malachite est une espèce minérale du groupe des carbonate minéral et du...) 1 | 1.655 |
Mercure (liquide) 1 | 1.62 |
Méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol,...) 1 | 1.329 |
Moldavite 1 | 1.500 |
Mousse de styro 1 | 1.595 |
Natrolite (La natrolite est une espèce minérale du groupe des silicates, sous groupe des...) 1 | 1.480 |
Néphrite 1 | 1.600 |
Nylon (Le nylon est le nom d'une matière plastique de type polyamide utilisée comme fibre...) 1 | 1.53 |
Obsidienne (L’obsidienne est une roche volcanique vitreuse et riche en silice. De couleur grise,...) 1 | 1.489 |
Oeil de tigre (Le tigre (Panthera tigris) est un mammifère carnivore de la famille des félidés...) 1 | 1.544 |
Olivine (Une olivine est un minéral du groupe des silicates, sous-groupe des nésosilicates. Elle...) 1 | 1.670 |
Onyx (OnyX est un logiciel utilitaire gratuit pour les ordinateurs Macintosh, équipés d'un...) 1 | 1.486 |
Opale (Une opale est un minéral composé de silice hydratée de formule SiO2, nH2O avec des...) 1 | 1.450 |
Or 1 | 0.47 |
Odyde de cuivre 1 | 2.705 |
Oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) (gaz) 1 | 1.000276 |
Oxygène (liquide) 1 | 1.221 |
Painite (La painite est une espèce minérale du groupe des borates et du sous-groupe des...) 1 | 1.787 |
Périclase (La périclase est une espèce minérale peu répandue de formule MgO avec des trace...) 1 | 1.740 |
Péridot 1 | 1.654 |
Péristérite 1 | 1.525 |
Perle (Les perles sont de petites billes, généralement de couleur blanche, créées par...) 1 | 1.530 |
Pétalite 1 | 1.502 |
Phénacite 1 | 1.650 |
Phosgénite 1 | 2.117 |
Pierre de lune (La Pierre de Lune est une adulaire variété d'orthose, groupe des silicates sous-groupe...), adulaire 1 | 1.525 |
Pierre de lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...), albite 1 | 1.535 |
Plastique 1 | 1.460 |
Plexiglass 1 | 1.50 |
Plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et...) 1 | 2.100 |
Polystyrène (Le polystyrène (PS en abrégé) est le polymère -(CH2-CH(Ph))n-, obtenu par la...) 1 | 1.55 |
Prase 1 | 1.540 |
Prasiolite (quartz vert) 1 | 1.540 |
Préhnite 1 | 1.610 |
Proustite 1 | 2.790 |
Purpérite 1 | 1.840 |
Pyrite (La pyrite est une espèce minérale composée de sulfure de fer, de formule FeS2...) 1 | 1.810 |
Pyrope 1 | 1.740 |
Quartz 1 | 1.544 |
Quartz fondu 1 | 1.45843 |
Rhodizite 1 | 1.690 |
Rodhocrosite 1 | 1.600 |
Rubis (Le rubis est la variété rouge de la famille minérale corindon. Sa couleur est...) 1 | 1.760 |
Rutile (Le rutile est une espèce minérale composée de dioxyde de titane de formule TiO2 avec...) 1 | 2.62 |
Sanidine 1 | 1.522 |
Saphir (Le saphir est une variété gemme de corindon pouvant présenter de multiples couleurs,...) étoilé 1 | 1.760 |
Scrapolite 1 | 1.540 |
Scrapolite jaune 1 | 1.555 |
Scheelite 1 | 1.920 |
Sélénium (Le sélénium est un élément chimique, de la famille des chalcogènes, de...) amorphe 1 | 2.92 |
Serpentine 1 | 1.560 |
Silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) 1 | 4.24 |
Sillimanite 1 | 1.658 |
Sinhalite 1 | 1.699 |
Smaragdite 1 | 1.608 |
Smithsonite (La smithsonite est une espèce minérale formée de carbonate de zinc de formule ZnCO3...) 1 | 1.621 |
Sodalite (La sodalite est une espèce minérale du groupe des silicates sous groupe des...) 1 | 1.483 |
Soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) 1 | 1.960 |
Sphalérite (Le sulfure de zinc (ZnS) cristallise en plusieurs polytypes, les deux principaux étant la...) 1 | 2.368 |
Sphène 1 | 1.885 |
Spinelle 1 | 1.712 |
Spinelle synthétique 1 | 1.730 |
Spodumène (Le spodumène est une espèce minérale du groupe des silicates sous groupe des...) 1 | 1.650 |
Staurolite 1 | 1.739 |
Stéatite 1 | 1.539 |
Stichtite 1 | 1.520 |
Taafféite 1 | 1.720 |
Tantalite 1 | 2.240 |
Tanzanite (La tanzanite, est une variété bleu à violette de zoïsite. Elle se rencontre...) 1 | 1.691 |
Teflon (polytétrafluoroéthylène) 1 | 1.35 |
Tétrachlorure de carbone 1 | 1.460 |
Thomsonite 1 | 1.530 |
Titanate de strontium (Le titanate de strontium est un oxyde de titane et de strontium de formule SrTiO3. Il existe à...) 1 | 2.410 |
Topaze 1 | 1.620 |
Topaze blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) 1 | 1.630 |
Topaze bleu 1 | 1.610 |
Topaze jaune 1 | 1.620 |
Topaze rose 1 | 1.620 |
Tourmaline (Le terme tourmaline ne désigne pas une espèce minérale mais un groupe de...) 1 | 1.624 |
Trémolite (La trémolite est une espèce minérale du groupe des silicates sous groupe des...) 1 | 1.600 |
Tugtupite 1 | 1.496 |
Turpentine 1 | 1.472 |
Turquoise 1 | 1.610 |
Ulexite 1 | 1.490 |
Uvarovite 1 | 1.870 |
Variscite (La variscite est une espèce minérale formée de phosphate d'aluminium de formule...) 1 | 1.550 |
Verre 1 | 1.51714 |
Verre, albite 1 | 1.4890 |
Verre, Flint (praséodyme), moyen 1 | 1.62725 |
Verre, Flint(praséodyme) et Lantha....(lanthane) 1 | 1.80 |
Verre, Flint (praséodyme), léger 1 | 1.58038 |
Verre, Flint (praséodyme), dense 1 | 1.66 |
Verre, Flint (praséodyme), lourd 1 | 1.65548 |
Verre, Flint (praséodyme), très lourd 1 | 1.89 |
Verre, Crown 1 | 1.520 |
Verre, Crown, zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément...) 1 | 1.517 |
Vivianite 1 | 1.580 |
Wardite 1 | 1.590 |
Willemite 1 | 1.690 |
Withérite 1 | 1.532 |
Wulfénite 1 | 1.300 |
Zincite 1 | 2.010 |
Zircon (Le mot zircon provient soit de l'arabe zarqun, « cinabre », ou du perse zargun,...) cubique1 | 2.170 |
Zircon léger 1 | 1.800 |
Zircon lourd 1 | 1.960 |