La diffraction

01Une onde qui contourne un obstacle

La diffraction est le phénomène par lequel une onde est déviée de sa propagation rectiligne lorsqu'elle rencontre un obstacle ou traverse une ouverture dont la dimension est du même ordre de grandeur que sa longueur d'onde. Ce phénomène concerne toutes les ondes : ondes sonores, ondes à la surface de l'eau, ou ondes lumineuses. Pour la lumière, la diffraction se manifeste lorsqu'un faisceau traverse une fente très fine ou passe près du bord d'un obstacle : au lieu de se propager uniquement en ligne droite, une partie de la lumière s'étale au-delà de la zone géométriquement éclairée, ce qui produit sur un écran une tache centrale lumineuse entourée de taches secondaires plus faibles, séparées par des zones sombres.

02Le rôle de la taille de la fente

L'étalement de la figure de diffraction dépend directement de la largeur a de la fente comparée à la longueur d'onde λ de l'onde utilisée : plus la fente est étroite, plus la figure de diffraction s'étale sur l'écran. À l'inverse, si l'ouverture est très grande devant la longueur d'onde, la diffraction devient négligeable et l'onde se propage quasiment en ligne droite, ce qui explique pourquoi ce phénomène n'est généralement pas perceptible pour la lumière traversant une porte ou une fenêtre, alors qu'il devient visible pour une fente de largeur inférieure au millimètre. Cette dépendance permet, par une mesure de l'écart angulaire de la tache centrale, de déterminer expérimentalement soit la longueur d'onde d'une lumière monochromatique connaissant la largeur de la fente, soit la largeur d'une fente connaissant la longueur d'onde utilisée.

03Diffraction et interférences : deux phénomènes liés

La diffraction et les interférences sont deux manifestations du caractère ondulatoire de la lumière, souvent observées ensemble : dans l'expérience des fentes de Young, chaque fente diffracte la lumière qui la traverse, ce qui permet aux deux faisceaux diffractés de se recouvrir sur l'écran et d'y interférer. Sans diffraction, les deux faisceaux issus des fentes resteraient étroits et ne se superposeraient pas, et aucune figure d'interférences ne pourrait être observée. La diffraction est donc une condition nécessaire à l'observation d'interférences avec un dispositif à fentes.

04Méthode : décrire une figure de diffraction

1. Compare la largeur de l'ouverture a à la longueur d'onde λ de l'onde utilisée.
2. Identifie si la diffraction est notable (a du même ordre de grandeur que λ, voire plus petit).
3. Relie l'étalement de la figure à la largeur de la fente : plus la fente est étroite, plus la figure s'étale.

05Erreurs fréquentes

• ✗ Croire qu'une fente plus large produit une figure de diffraction plus étalée : c'est l'inverse.
• ✗ Penser que la diffraction ne concerne que la lumière, alors qu'elle concerne toutes les ondes.
• ✗ Confondre diffraction (déviation par un obstacle ou une ouverture) et interférences (superposition de deux ondes cohérentes).