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Bonjour, voici une petite rubrique qui je l'espère rendras service à certains Om,s. Cette rubrique n'a pas la prétention de donner des cours, mais d'aider et de comprendre le fonctionnement de notre matériel.

Si vous avez des compléments d'informations, ou des suggestions, je suis ouvert à toutes proposition. Bernard

Les interférences

Qu'est-ce qui se passe quand deux ondes se rencontrent ? On va prendre ici pour exemple les vagues qui se déplacent à la surface de l'eau, parce que c'est un cas simple. Cela nous permettra de comprendre ce qui se passe pour les ondes sonores ou la lumière.

Si deux ondes identiques se rencontrent, on va voir qu'elles ne se renforcent pas forcément, au contraire ! Elles peuvent s'annuler : c'est le phénomène d'interférence.

Imaginons qu'on crée en lançant deux cailloux dans l'eau, deux systèmes d'ondes en forme de cercles concentriques. On place alors un bouchon à un endroit où les deux ondes se croisent. On s'aperçoit que le comportement du bouchon dépend de l'endroit où on l'a mis. Et plus particulièrement de la distance à laquelle il est par rapport aux deux sources d'ondes (les endroits où sont tombés les cailloux).

Une onde à la surface de l'eau est ici composée de creux et de bosses alternativement, qui se déplacent à vitesse constante.

En certains endroits, les bosses des deux ondes arrivent ensemble, de même que les creux. Les ondes sont bien synchronisées, elles produisent le même mouvement en cet endroit. Si on les additionne, le mouvement produit sur le bouchon aura une amplitude deux fois supérieure. Il se produit ce qu'on s'attendait à voir : pour le bouchon, c'est comme s'il n'y avait qu'une seule onde de grande amplitude. On dit qu'en cet endroit, les ondes sont "en phase".

Mais là où les deux ondes se rencontrent, les bosses de l'une peuvent parvenir en même temps que les creux de l'autre. Dans ce cas, l'inverse est aussi vrai. Les bosses et les creux de l'une et de l'autre arrivent complètement décalés. Donc quand on les additionne, on n'obtient rien du tout ! C'est comme si en cet endroit il n'y avait pas d'onde : le bouchon ne bouge pas !

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Sur la figure, on voit deux systèmes de cercles concentriques : ils représentent les crêtes des vagues crées à la surface de l'eau par deux cailloux. Chaque trait noir représentant le sommet, entre deux traits noirs, on a en fait un creux. Si on mettait un bouchon au point rouge, les crêtes créées par les deux cailloux y arriveraient en même temps : les ondes se renforceraient l'une l'autre, et on y aurait une onde deux fois plus grande. Au point vert, par contre, c'est un creux venant de droite et un sommet venant de gauche qui se rencontre. Le bouchon n'y bougerait pratiquement pas : les deux ondes s'annulent en ce point. Au point violet, pour finir, on aurait là encore une onde deux fois plus forte : dans la configuration du dessin, deux creux coïncident, mais cela signifie que les crêtes y arriveraient aussi en même temps.

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Donc la somme de deux ondes, vu d'un endroit particulier, ça peut donner rien du tout : c'est cette propriété qu'on appelle propriété d'interférence. Si un phénomène a cette propriété d'interférence, on peut être sûr que c'est une onde...

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Ce phénomène se retrouve pour le son ou la lumière. Si on observe des interférences, cela prouve que le phénomène a une nature ondulatoire (qu'il y a des ondes quelque part). C'est cette idée qui nous mènera à la mécanique quantique.

On peut expérimenter le phénomène d'interférence avec le son et la lumière. Cependant, il convient de se placer dans des conditions assez particulières, que nous allons détailler. Mais les effets sont bien constatables, ce qui prouve en définitive que le son et la lumière sont bien des ondes. Leur fréquence est en effet un peu trop élevée pour que cela nous paraisse évident (surtout pour la lumière).

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Interférences sonores

Si vous prenez là aussi deux sources d'ondes de fréquence donnée, vous pourrez constater le phénomène. Il faut deux enceintes de chaîne stéréo, par exemple. Mais le plus important, c'est de leur faire émettre un son de fréquence bien définie, un son pur, donc pas de la musique, mais une note tenue. En se baladant ensuite dans la pièce, on s'apercevrait qu'il y a des endroits où l'on entend beaucoup moins bien le son, voire presque pas, et d'autres où au contraire le son est deux fois plus fort.

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Etonnant, oui, mais quasiment vérifiable chez vous ! Si votre ordinateur est capable de vous générer ce son "parfait" dont je vous parlais, vous pouvez tenter l'expérience. Avec un dernier conseil : bouchez vous une oreille. En effet, l'écartement entre les deux oreilles est assez grand pour que si l'une n'entend rien, l'autre soit en un endroit où le son est deux fois plus fort...

Interférences lumineuses

Là, l'expérience est difficilement faisable chez vous. Nous allons parler ici des fentes d'Young. Pour pouvoir observer des interférences, il faut de préférence disposer d'une source lumineuse de fréquence donnée, c'est à dire monochromatique : avec une seule couleur. C'est pourquoi bien souvent on utilise le laser. Il faut aussi que les émissions lumineuses des deux faisceaux que l'on va faire se croiser soient bien "synchronisées". Or c'est quasiment impossible à réaliser avec deux sources différentes de lumière. On utilise donc le même faisceau, que l'on va diviser en deux. Les deux faisceaux seront alors parfaitement synchronisés.

On éclaire deux fentes très fines et rapprochées découpées dans une plaque noire avec la lumière d'un laser élargi (le faisceau a alors un diamètre de quelques centimètres). Chacune des fentes, à cause de la diffraction, émet un peu comme si elle était une source à elle toute seule, c'est à dire dans toutes les directions. C'est comme si on avait deux sources indépendantes.

On place alors en aval des deux fentes un écran, pour voir la lumière. Et on y observe une alternance de bandes sombres et de bandes lumineuses, les bandes sombres correspondant à des endroits où les ondes sont en opposition de phase, et donc où les ondes s'opposent. Les endroits lumineux correspondent eux à des zones où les ondes se renforcent mutuellement. On constate donc bien le phénomène d'interférences.

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L'expérience des fentes d'Young

Voici l'expérience vu du dessus. Chaque fente se comporte comme une source, et pour voir le résultat des interférences, on met un écran. Sur l'écran, on a représenté en rouge l'alternance des bandes sombres et rouges. Entre les fentes et l'écran, on a représenté l'onde lumineuse, à peu près. Cela ressemble à ce qui se passait avec les cailloux jetés dans l'eau : normal, c'est le même phénomène !

Bernard - 11Mag@zine