Diffraction et interférences

En clair. Fentes de Young

Ce qu'on te demande au bac (Spé Physique-Chimie) : maîtriser le vocabulaire de « Diffraction et interférences », savoir refaire les raisonnements du cours et les réutiliser sur un sujet ou un document nouveau.

Conseil de révision. Lis d'abord cet encadré, puis fais le quiz : si tu bloques, reprends la partie du cours correspondante.

1. Diffraction

Phénomène d'étalement d'une onde lorsqu'elle rencontre une ouverture ou un obstacle de taille $a$ comparable à $\lambda$. C'est une preuve de la nature ondulatoire.

Écart angulaire (demi-largeur de la tache centrale) :

$\theta = \frac{\lambda}{a} \quad (\text{rad})$

Sur un écran à distance $D$, demi-largeur : $\ell/2 = D \theta = D\lambda/a$.

Méthode : éclairer une fente fine avec un laser, mesurer la largeur de la tache centrale, calculer $\lambda$.

2. Interférences à deux ondes

Deux ondes cohérentes (même fréquence, déphasage constant) issues de deux sources $S_1$ et $S_2$ se superposent en M. Différence de marche :

$\delta = S_2M - S_1M$

• Interférence constructive (franges brillantes) : $\delta = k\lambda$, $k \in \mathbb{Z}$.
• Interférence destructive (franges sombres) : $\delta = (k + 1/2)\lambda$.

3. Dispositif des fentes d'Young

Deux fentes parallèles, distantes de $b$, éclairées par une source monochromatique de longueur d'onde $\lambda$. Écran à distance $D \gg b$.

Interfrange (distance entre deux franges consécutives) :

$i = \frac{\lambda D}{b}$

→ permet la mesure expérimentale de $\lambda$.

4. Conditions de cohérence

• Sources mutuellement cohérentes (issues d'une même source primaire : trou d'Young, miroirs de Fresnel, laser séparé).
• Lumière monochromatique pour des franges nettes (sinon brouillage).

5. Lumière blanche

Avec de la lumière blanche, les franges centrales sont blanches puis l'on voit des irisations : chaque $\lambda$ ayant son interfrange propre, les franges se décalent.

6. Diffraction par un réseau

Réseau de N fentes parallèles d'espacement $d$ : maxima principaux à $\sin\theta_k = k\lambda/d$. Permet la spectroscopie haute résolution.

7. Applications

• Mesure de $\lambda$ d'un laser.
• Spectroscopie (réseaux) en astrophysique, en chimie analytique.
• Holographie.
• Imagerie : limite de résolution d'un instrument (critère de Rayleigh, $\theta_{min} = 1{,}22\lambda/D$).

À retenir

• Diffraction : $\theta = \lambda/a$.
• Young : $i = \lambda D / b$.
• Constructif : $\delta = k\lambda$ ; destructif : $\delta = (k+1/2)\lambda$.