De tous les temps, le comportement de la lumière réfléchie, réfractée ou diffusée à travers la matière a toujours été une source de fascination et même de mystère pour l’humanité. Cet émerveillement sur la nature de la lumière est davantage marqué lorsque celle-ci rencontre l’eau.
Le spectacle de la réflexion totale de la lumière dans l’eau est caractérisé par un éclat vibrant qui va bien au-delà d’une simple observation. Il s’agit d’une de la brillance d’une vie qui pousse à la contemplation et illumine votre imagination.
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La danse éternelle de l’eau et la lumière
Parler de water light renvoie généralement à la luminosité vive et fascinante qu’on observe à l’infini lors de la réflexion, la réfraction et la diffusion de la lumière par l’eau. Lorsque vous contempler le reflet de la lumière sur l’eau, cela donne l’impression d’observer la danse de la vie.
Lors de la réfraction de la lumière par l’eau, les rayons de cette dernière vont pénétrer sous la surface de l’eau et créer un effet sous-marin caractéristique qui aura tendance à vous transporter dans un autre univers. Ce phénomène de miroitement éthéré peut s’observer aussi bien en journée que dans la nuit sur un ruisseau, un lac, dans une piscine ou tout simplement dans des fontaines géantes qu’on rencontre dans des parcs d’attraction.
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Le phénomène de rencontre entre l’eau et la lumière expliqué par la loi de la réflexion
Pour mieux comprendre le phénomène extraordinaire de water light, il faut rappeler quelques notions de base en physique. Selon la loi de la réflexion énoncée par Descartes, l’angle d’incidence de la lumière (ou angle de la lumière qui entre en contact avec l’eau) est égale à l’angle de réflexion.
Chaque fois que les rayons lumineux entrent en contact avec une surface lisse (comme c’est le cas pour la surface de l’eau au repos), ils vont être réfléchis suivant le même angle. La réflexion de ce faisceau lumineux (ensemble de plusieurs rayons lumineux) va créer une image en miroir à la surface de l’eau.
Dans le cas où le faisceau de lumière incidente est courbé ou réfracté, le faisceau réfléchi va s’orienter dans toutes les directions et donner ce qu’on appelle un rayonnement diffus de lumière. Cette lumière va vous permettre de voir les objets qui se trouvent dans l’eau car elle n’est pas réfléchie vers vous.
En optique, ce phénomène absolument fascinant porte le nom de réflexion totale de la lumière. Vous pouvez l’observer dans la nature par exemple lorsqu’il est possible de contempler avec une clarté exceptionnelle le reflet des montagnes sur la surface d’un lac au repos (parfaitement immobile).
La rencontre de l’eau et la lumière vu sous le prisme de la loi de la réfraction de Snell-Descartes
Le phénomène de rencontre entre la lumière et l’eau ou water light trouve aussi son explication dans la loi de la réfraction. En effet, cette loi énoncée par les physiciens Snell et Descartes stipule que la lumière change de direction lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un autre ayant un indice de réfraction différent du premier (c’est par exemple le cas pour un faisceau lumineux qui passe de l’air d’indice absolu de réfraction 1 à l’eau d’indice de réfraction 1,33).
Lorsque ce phénomène a lieu, une partie de la lumière est réfléchie vers le milieu incident tandis que l’autre partie traverse le second milieu. En le faisant, elle va changer de direction (c’est pourquoi vous avez l’impression que la partie immergée d’une tige droite est recourbée), on parle alors de réfraction de la lumière.
Quelle soit la nature du second milieu (lac, prisme de verre, diamant), la réfraction va rediriger la lumière qui va se décomposer en plusieurs longueurs d’onde. C’est ce qui se passe après une légère pluie avec la formation de l’arc-en-ciel (un spectacle d’une grande beauté que nous offre dame nature). En effet, la lumière du soleil va être réfractée par les gouttelettes d’eau dans les nuages et provoquer ainsi la dispersion de la lumière blanche en toutes les sept lumières de son spectre.
