Leçons de niveau 15

Interférence/Généralités

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Chapitre no 1
Leçon : Interférence
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Qu'est-ce que le phénomène d'interférence ?[modifier | modifier le wikicode]

Le phénomène d'interférence est une manifestation intéressante et utile de la physique des ondes. Il se produit lorsque deux ondes se rencontrent au cours de leur propagation : la combinaison des effets des ondes provoque des résultats inattendus.

Prenons pour exemple deux ondes planes se propageant dans des directions différentes. On représente l'amplitude des vibrations en niveau de gris : plus l'amplitude est forte, plus le gris est foncé.

Interferences plane waves.jpg

On observe que, dans la zone de l'espace où les ondes se superposent, l'amplitude résultante n’est pas simplement la superposition des amplitudes des ondes qui contribuent au motif.

Tous les types d'ondes sont sujets aux interférences : ondes électromagnétiques, mécaniques, lumineuses… Cependant, les interférences ne se manifestent pas n’importe quand avec n’importe quelles ondes.

Les interférences au sens propre du terme se produisent pour des ondes de même fréquence. Les motifs d'interférence proviennent alors du déphasage des ondes.

En effet, suivant la configuration, les contributions des ondes peuvent :

  • s'ajouter ; on parle alors d'interférence constructive
  • s'annuler ; on parle alors d'interférence destructive
Interférences constructives et destructives.png

Les deux cas extrêmes sont :

  • le cas où les ondes sont en phase. L'amplitude résultante est le double de l'amplitude de départ (à gauche sur la figure ci-dessous).
  • le cas où les ondes sont en opposition de phase. L'amplitude résultante est nulle (à droite sur la figure).
Interference of two waves.svg

Principe des dispositifs interférentiels[modifier | modifier le wikicode]

Les conditions sur les ondes pour obtenir des interférences étant difficiles à obtenir dans la réalité avec deux sources différentes, on utilise en pratique une seule « source principale » à partir de laquelle on va créer les « sources secondaires » qui vont produire les ondes qui vont entrer en interférence.

Cette idée a donné naissance à deux grands principes pour la création d'interférences :

  • Interférences par division du front d'onde
  • Interférences par division d'amplitude

Formalisme[modifier | modifier le wikicode]

  • L'amplitude d'une onde au point M et à l'instant t est notée
  • L'intensité d'une onde est liée à sa valeur moyenne quadratique dans le temps

L'amplitude, grâce à son terme de phase, est la cause des interférences, tandis que l'utilisateur est sensible à l'intensité de l'onde.

Interférences par division du front d'onde[modifier | modifier le wikicode]

La « source principale » S émet une onde d'amplitude .

Par un dispositif approprié, on récupère à partir du front d'onde initial deux ondes et en deux « sources secondaires » S1 et S2.

Les deux ondes sont ensuite recombinées pour générer des interférences.

Two-Slit Experiment Light Setup.svg
Début de l'exemple
Fin de l'exemple


Interférences par division d'amplitude[modifier | modifier le wikicode]

Beam splitter.svg

La « source principale » S émet une onde d'amplitude .

Cette onde se retrouve alors « coupée en deux » par un dispositif adéquat.

Par exemple, en optique, lorsqu'on envoie de la lumière sur une surface séparant deux milieux d'indices optiques différents, une partie de la lumière est réfléchie et une autre partie est transmise. On peut également utiliser une lame semi-transparente : tout photon incident a une chance sur deux d’être émis et une chance sur deux d’être réfléchi. Les deux faisceaux sont par la suite combinés pour produire les interférences.

Début de l'exemple
Fin de l'exemple


Différence de marche[modifier | modifier le wikicode]

Defaut.svg

La source envoie une onde d'amplitude et de célérité c. Cette source a donné naissance à deux ondes d'amplitudes respectives et . L'onde 1 a parcouru le chemin (SM)1 et l'onde 2 a parcouru le chemin (SM)2 depuis la source S jusqu'au point M d'observation.

avec et les retards respectifs avec lesquels les ondes 1 et 2 arrivent en M.

On veut déterminer l'amplitude résultante au point M à l'instant t.




Calculons l'intensité résultante :

En posant et le nombre d'onde  :



Sans interférences, on aurait simplement . Avec interférences, on obtient un terme modulant, la modulation dépendant de la différence de marche δ.