Comment un miroir reflète-t-il une image ?

Un miroir ne fabrique pas une image à partir de rien : il redirige vers nos yeux la lumière qui provient des objets. Lorsqu’un objet est éclairé, il renvoie des rayons lumineux dans de nombreuses directions. Une partie de ces rayons atteint la surface du miroir, qui les réfléchit de manière ordonnée. Notre œil reçoit alors cette lumière réfléchie et notre cerveau l’interprète comme venant d’un objet situé derrière le miroir. C’est cette reconstruction qui donne l’impression de voir un reflet.

Une surface métallique réfléchissante

Un miroir courant est généralement constitué d’une plaque de verre dont la face arrière porte une fine couche métallique, souvent en aluminium, parfois en argent. Le métal possède des électrons capables de réagir au champ électrique associé à la lumière et de renvoyer une grande partie de cette énergie lumineuse. Le verre sert principalement de support et protège la couche réfléchissante contre les rayures et les dégradations. La réflexion intervient aussi, dans une moindre mesure, à la surface du verre, mais c’est la couche métallique qui permet d’obtenir un reflet nettement visible. Dans certains instruments optiques, la couche réfléchissante peut être placée sur la face avant afin d’éviter les réflexions parasites produites par le verre.

L’égalité des angles

La direction prise par chaque rayon obéit à la loi de la réflexion. Le rayon incident, la normale à la surface au point d’impact et le rayon réfléchi sont situés dans un même plan. Surtout, l’angle d’incidence, mesuré entre le rayon incident et la normale, est égal à l’angle de réflexion, mesuré entre la normale et le rayon réfléchi. La normale est une ligne imaginaire perpendiculaire au miroir. Cette règle permet de prévoir précisément la trajectoire de la lumière : un rayon qui arrive avec une certaine inclinaison repart avec une inclinaison symétrique par rapport à cette normale. Il ne faut pas mesurer ces angles par rapport à la surface elle-même, mais bien par rapport à la perpendiculaire.

La formation d’une image virtuelle

Les rayons issus de chaque point de l’objet sont réfléchis par le miroir avant d’atteindre l’observateur. Ils ne se croisent pas réellement derrière la surface. Cependant, si l’œil et le cerveau prolongent mentalement ces rayons en ligne droite dans la direction d’où ils semblent venir, leurs prolongements paraissent se rencontrer derrière le miroir. L’image obtenue est donc virtuelle : elle ne peut pas être recueillie directement sur un écran placé derrière le miroir. Dans le cas d’un miroir plan, cette image paraît située à la même distance derrière le miroir que l’objet se trouve devant lui. Elle conserve également la taille et l’orientation verticale de l’objet, sous réserve de la géométrie d’observation.

Pourquoi le reflet est-il net ?

La couche réfléchissante ne suffit pas à elle seule à former une image précise. La surface du miroir doit aussi être très régulière à l’échelle des longueurs d’onde visibles. Sur une surface rugueuse, les rayons seraient renvoyés dans de nombreuses directions : c’est la réflexion diffuse, comme celle produite par un mur. Sur la surface lisse d’un miroir, les rayons restent organisés selon la loi de la réflexion : on parle de réflexion spéculaire. C’est cette combinaison entre une couche métallique fortement réfléchissante et une surface suffisamment plane et lisse qui permet de distinguer un visage, un objet ou un paysage dans le reflet.