[Musique] on peut observer le phénomène de diffraction lorsqu'une ondes qu'elle soit électromagnétiques ou mécanique rencontre un diaphragme qui masque une partie du front d'onde ou un obstacle ce deuxième cas correspond par exemple à celui d'une onde sonore diffracté par une porte si l'on se place derrière celles ci on entend bien le son de même on peut dire acté la lumière par un trou une fente suffisamment petit ou pas un fils ou un cheveu c'est le père francesco grimaldi qui s'intéresse le premier et de manière détaillée au phénomène de diffraction mais c'est augustin fresnel s'appuyant sur
la théorie ondulatoire de la lumière proposé par christian huygens qui a su en proposer une interprétation simple permettant de comprendre les figures de diffraction observé à grande distance des obstacles depuis l'avènement de la théorie de l'électromagnétisme de maxwell la diffraction apparaît comme une conséquence directe des équations de maxwell même si l'obtention d'une solution exact reste pratiquement impossible dans la majorité des cas la diffraction commune à toutes les ondes est perceptible dès que les dimensions caractéristiques des obstacles ne sont pas grandes vis-à-vis de la longueur d'onde les ondes radio kilométrique sont fortement diffracté par les collines
ce qui permet leur réception sans vision directe de l'émetteur la diffraction sera par contre beaucoup moins sensible pour les ondes métriques utilisé sur la bande fm la diffraction limite les applications industrielles utilisant la lumière comme dans les lecteurs cd et dvd les capteurs ccd et les télescopes ainsi pour ces derniers il n'est pas possible d'obtenir une image dont la taille soit inférieure à la tâche de diffraction donné par l'ouverture limitant à faisceau de lumière la diffraction limite ainsi le pouvoir de résolution des télescopes nous allons dans cette vidéo de la collection la physique animé présenté
de nombreuses expériences mettant en évidence le phénomène de diffraction et présenteront de manière qualitative le principe du wigan fresnel qui permet d'interpréter quelques aspects les manifestations du phénomène de diffraction se retrouvent de manière courante dans notre quotidien par exemple lorsque nous observons la modification de la forme des vagues qui entre ici dans une baie au portugal la photo permet de visualiser de manière spectaculaire la transformation de la forme d'onde des vagues avant et après le passage de la b dans cet autre photographie de la côte sud-africaine les deux je t'ai n'ont pas la même géométrie
que l'abbé précédente on voit clairement les vagues s'enrouler autour de la plus longue jeter pour finalement laisser un port où règne un calme plat c'est comme si le bout de la jetée se comportait comme une source ponctuelle nous allons maintenant en laboratoire mettre en évidence ces phénomènes en restant dans le domaine de l'hydrodynamique à l'aide d'une cuve à ondes nous mettons en évidence la propagation d'onde à la surface de l'eau ont choisi la fréquence de vibration d'une large plaque de métal qui vient produire des ondes planes où quasiment on éclaire la surface et on visualise
sur l'écran de projection les fronts danse grâce à la différence de luminosité correspondant à la différence local de hauteur d'eau maintenant comme dans les exemples précédents nous venons placer un obstacle ne laissant le passage des ondes que par une petite ouverture on retrouve la modification de la forme d'onde au passage de l'obstacle long des plus plane mais devient circulaire observons maintenant les effets de la taille de l'ouverture sur la propagation des ondes lorsque l'ouverture est grande on retrouve une propagation d'onde quasi plane simplement limité par la largeur de l'ouverture on remarque aussi que l'intensité de
l'ondé maximale en face de l'ouverture et diminue lorsqu'on s'en écarte plus on ressert le passage plus la forme d'ondés modifié la longueur d'onde n'est pas affecté par le passage de l'obstacle on constate que la forme d'onde est plus faiblement modifié lorsque la largeur de l'ouverture est supérieure à la longueur d'onde le phénomène de diffraction est liée à la limitation matérielle de l'étendue d'une onde place ont maintenant un obstacle au milieu l'on devient intercepter les deux bords c'est comme s'il en avait créé deux ouvertures on remarque que les ondes se propage derrière l'obstacle il y à
des zones très peu contrasté mettant en évidence des interférences entre les ondes donnant des résultantes nul c'est à dire sans modification de la hauteur d'eau localement dans le temps la diffraction est un phénomène ambulatoire que l'on peut observer aussi avec des ondes acoustiques c'est grâce à la diffraction que l'on peut s'entendre alors qu'il ya un obstacle entre nous les deux personnages ne se voit pas mais peuvent discuter ensemble les longueurs d'onde des sons audibles s'est-elle de quelques centimètres à quelques mètres la taille de l'arbre est bien du même ordre de grandeur mauvais je crois de
la même manière que nous l'avons fait avec la cub à ondes nous pouvons visualiser la propagation d'une onde acoustique en laboratoire nous utilisons un émetteur et un récepteur ultrasons afin de travailler avec des petits obstacles et être sûr de ne pas être gêné par des bruits environnants ont les positionne l'un face à l'autre et on passe un obstacle une fente de 5 mm d'ouverture entre les deux la longueur d'onde utilisé est proche de 8 mm observons maintenant sur le silo scop l'amplitude de landes reçu derrière l'obstacle on déplace le récepteur sur un rapporteur de façon
à garder sa distance à l'ouverture égale le long de la mesure le signal est évidemment maximale quand le récepteur est en phase de l'émetteur mais connaît ensuite d'autres maxima quand l'angle augmente l'amplitude de londres reçu à quasiment 90 degrés derrière l'obstacle n'est pas nul il y a bien eu diffraction du son au passage de la fente poursuivons notre chemin dans le domaine des ondes qui nous mène maintenant en optique prenons l'exemple d'une fente verticale dont on peut faire varier la largeur la figure de diffraction est observé sur un écran situé à grande distance lorsque la
fente est complètement ouverte on retrouve l'image du faisceau lumineux puis le point s'allonge pour former une tâche centrale est une succession d'autres tâches horizontale de part et d'autre d'intensité moindre de la même manière lorsqu un faisceau lumineux rencontre un diaphragme de petites dimensions l'optique géométrique ne fonctionne plus la répartition de la lumière derrière l'obstacle n'est pas celle que l'on pourrait déduire avec une propagation rectiligne de la lumière la tech s'élargit perpendiculairement à la fente lorsque celle-ci se rétrécit si on tourne la fente de 90 degrés la figure de diffraction devient alors verticale on s'intéresse maintenant
à différentes longueurs d'onde en utilisant trois laser rouge vert et bleu plus la longueur d'onde du laser est élevé plus la tâche centrale est étirée si l'on remplace maintenant la fente par un voilage à trame rectangulaire les deux motifs de diffraction se superposent dans les deux directions horizontal et vertical on a vu dans la vidéo de la collection la physique animé consacré aux fans de young que la largeur angulaire de la tâche centrale de diffraction était donné par la longueur d'onde sur la largeur de la fente ce qui correspond à une largeur de tâches centrales
observé sur l'écran de 2 lambda 0 wade sur b ou des ailes à distance entre la fente et l'écran on comprend maintenant pourquoi la largeur de la tâche centrale du laser rouge est plus grande que celle du laser vert ou bleu pour finir à la place d'une fente fine plaçons en obstacle de petite taille ici en file sur le faisceau lumineux on retrouve sur l'écran une figure de diffraction semblable à celle de la fente on peut interpréter cela comme si le fils était le complémentaire d'une fente de même largeur le théorème de babinet affirme que
les figures de diffraction de la fente et deux sont complémentaires ici le fil sont identiques ainsi de la même manière il est possible à l'aide de la mesure de la largeur de la tâche centrale de diffraction de remonter à l'épaisseur du fil un télescope est un instrument conçu pour distinguer deux fins détails d'objets célestes située à grande distance le critère de ré legs permet de calculer sa résolution qui est limitée par le phénomène de diffraction prenons l'exemple d'une étoile binaire composé de deux étoiles orbitant autour de leur centre de gravité que l'on observe avec un
télescope de rayon r chaque étoile donne à travers le télescope une tâche de diffraction circulaire appelé tâche des rip dont le rayon angulaire alpha vaut à 1,22 fois la longueur d'onde du rayonnement utilisé sur deux fois le rayon du télescope le critère de ré legs stipule que dans le cas de deux tâches de diffraction d'intensité comparable l'oeil cesse de les résoudre quand l'écartement güller teta entre les deux étoiles est inférieur aux rayons alpha de la tâche de diffraction on remarque que la tâche de diffraction est d'autant plus réduite que le rayon est grand c'est une
raison pour fabriquer des miroirs de télescopes de grande taille il faut également tenir compte des problèmes liés à la turbulence atmosphérique qui entraîne un scintillement des étoiles et diminue le pouvoir de résolution d'un télescope le pouvoir de résolution d'un microscope optique est limitée par la longueur d'onde qu'ils utilisent soit une fraction de micromètres pour la lumière visible en microscopie électronique avec des rayons électronique de longueur d'onde beaucoup plus courte de l'ordre de 0,1 à nos med pour un électron d'énergie 150 électronvolts on peut voir des détails beaucoup plus fin qu'avec un microscope optique un microscope
électronique permet également d'obtenir des grossissements élevées allant jusqu'à 5 millions alors que les meilleurs microscope optique sont limitées un grossissement de l'ordre de 2000 c'est également la diffraction qui explique la meilleure résolution d'un lecteur de disques blu-ray utilisant un laser bleu comparé à un lecteur de dvd classiques utilisant un faisceau laser de couleur rouge la longueur d'onde du bleu étant deux fois plus faible la diffraction est deux fois moindre ce qui permet de stocker sur la surface d'un disque blu-ray quatre fois plus d'informations que sur un dvd classique christian huygens physicien hollandais né en 1629
est mort en 1695 émis l'hypothèse de la nature ondulatoire de la lumière sa modélisation de la propagation de la lumière est la suivante chaque point d'une surface d'onde peut être considéré comme une source secondaire et la surface donda l'instant postérieur l enveloppe des surfaces d'onde provenant de cette infinité de sources secondaires on peut ainsi comprendre qualitativement le phénomène de diffraction quand une ombre plane arrive sur une ouverture de largeur d une partie des sources secondaires est supprimé si la taille de l'ouverture est grande devant la longueur d'onde l'ombre plane et finalement peu perturbé par contre
si elle se rapproche de la longueur d'onde seuls quelques sources secondaires passe et londres résultante sera essentiellement circulaire en aval de l'ouverture de la même manière une partie des sources secondaires sera arrêté au contact d'une paroisse conduisant à 6 à la propagation dont deux circulaires généré au contact de celle ci on comprend ainsi qualitativement pourquoi de la lumière apparaît finalement là où en optique géométriques il n'y avait que de l'obscurité mais pourquoi observe-t-on des zones claires et sombres analogues à des franges d'interférences c'est augustin fresnel qui plus d'un siècle après les travaux de christian huyghens
ans donald explications toutes les sources secondaires qui se retrouvent en aval de l'ouverture ou de la paroisse vont interférer entre elles et conduire ainsi à des zones de forte lumière ou au contraire à des zones d'obscurité le phénomène de diffraction apparaît ainsi comme un phénomène d'interférences multiples entre ces sources secondaires reprenons le cas de la diffraction par une fente fine de largeur a éclairé par un laser de longueur d'onde de lambda 0 en incidence normal on parle de diffraction à l'infini ou encore de diffraction defrasne offer car l'écran est placé à grande distance de la
fente ou ce qui revient au même dans le plan focal images d'une lentille convergentes l'application du principe de wigan fresnel permet d'obtenir la répartition de l'intensité lumineuse sur l'écran elle est proportionnelle au carré du sinus cardinal de u égal par définition aux rapports sinus eu sur rue ou huet égal à pie x l'abscisse sur l'écran x fois la largeur de la fente sur la longueur d'onde lambda 0 et la distance focale de la lentille esprit la figure montre que le carré du sinus cardinals annuler pour pi ce qui permet d'obtenir la demi largeur de la
tâche centrale et gala lambda 0 fouet ce prime sur petit à ce qui correspond un rayon angulaire lambda 0 sur petit à conforme aux observations expérimentales [Musique]
