Diffraction : Pourquoi ?

[Sclarckone]

Bonsoir @ tous

Je viens de revoir en PSI la diffraction (5/2 inside) et je me pose une question à laquelle je n'arrive pas à trouver de réponse...

Pourquoi une onde (pas seulement lumineuse) se diffracte-t-elle lorsqu'elle passe par une ouverture dont les dimensions sont petites devant sa longueur d'onde ?

J'ai bien compris l'essence du principe de Huygens-Fresnel mais ce n'est qu'une modélisation et il n'explique pas la réalité physique du phénomène.

En essayant rapidement de chercher la réponse sur le net je suis tombé sur un article de Wikipédia traitant de la dualité onde-particule et j'ai l'intuition (peut-être fausse) que l'explication se trouve par là.
Mais n'ayant malheureusement aucune notion de physique quantique je n'ai pas pu aller plus loin.

Alors y a-t-il quelqu'un qui pourrait m'expliquer d'où vient ce phénomène ??

Merci
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[Karibou Blanc]

J'ai bien compris l'essence du principe de Huygens-Fresnel mais ce n'est qu'une modélisation et il n'explique pas la réalité physique du phénomène.

il n'y a pas de réalité physique, seulement des modélisations simples et cohérentes qui rendent compte (prédisent) des observations qu'on fait du monde qui nous entoure.

[Coincoin]

Salut,
Ça n'a rien à voir avec la dualité onde-corpuscule. C'est un comportement purement ondulatoire.
Je ne vois pas trop quelle genre de réponse tu cherches. Il n'y a pas vraiment plus fondamental que le principe de Huygens-Fresnel. La description formelle d'une onde conduit directement à la diffraction.

Pourquoi n'y aurait-il pas de diffraction ?

[Sclarckone]

Si j'ai bien compris le ppe de H-F dit que lorsque le rayon passe par l'ouverture tout se passe comme si l'on avait une infinité de sources ponctuelles synchrones dans cette ouverture...

Mais je n'arrive pas à comprendre pourquoi une onde se diviserait en une infinité de petites ondes.
Car l'onde n'est que la propagation d'une déformation (d'ailleurs le fait que la lumière n'ait pas de support j'ai du mal à le comprendre aussi).
Alors pourquoi après le passage dans une petite ouverture la propagation se ferait aussi dans plusieurs autres directions ??

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sclarckone]

Car l'onde n'est que la propagation d'une déformation (d'ailleurs le fait que la lumière n'ait pas de support j'ai du mal à le comprendre aussi).

=> Pardon par rapport à ça j'ai écrit sans réfléchir...Ce que je voulais dire c'est qu'une est pour moi la propagation d'un phénomène et que je ne saisi pas quel est le phénomène qui se propage dans le cas d'ondes électromagnétiques en général.

[Gwyddon]

Une déformation du champ électromagnétique

[Sclarckone]

Ok auant pour moi j'avais la réponse dans ma question quasiment...

Bon et quid de la diffraction ? Comment expliquer qu'a partir d'une direction de propagation on en obtienne plusieurs autres alors qu'il ne s'agit que du passage dans une simple ouverture ??

[Coincoin]

Le truc c'est que le principe de HF s'applique tout le temps, pas juste par magie au niveau des fentes. Même dans un espace libre, tu peux appliquer le principe de HF. Simplement, les différentes ondes secondaires interfèrent de manière à ce que ne soit constructif que pour la direction de propagation rectiligne. Donc appliquer ce principe n'y a que peu d'intérêt. Mais il n'empêche que ce principe est quelque chose de fondamental, qui décrit la manière dont toute onde se propage.

Tu peux voir qu'une perturbation en un point crée une onde sphérique. Le principe de HF te dit juste que tu peux continuer ce raisonnement : l'onde crée une perturbation en un autre point, ce qui crée des ondes sphériques, ... et ça se propage de proche en proche.

[Sclarckone]

Ok et qu'est-ce qui change alors dans la fente ?

Est-ce que certaines ondes "rebondissent" sur les bords de la fentes et que du fait que la fente a des dimensions petites devant la longueur d'onde de la radiation, la différence de marche ne dépassera pas la longueur de cohérence ???

[invite43918a89]

Ok
Je croie que j'ai compris coicoin détrompe-moi si je me plante

je vais schématiser

imaginons un laser de rayon infra rouge

Je le dirige vers une bille en acier elle chauffe et ré émet ces infrarouges
Dans tous les sens et ainsi de suite aux autre bille située plus loin.

il ne faut pas tenir compte des ondes retour mais seulement des ondes allant
Vers l'avant. Les billes symbolisent les fentes.

[invite3e5ede0a]

Est-ce que certaines ondes "rebondissent" sur les bords de la fentes et que du fait que la fente a des dimensions petites devant la longueur d'onde de la radiation, la différence de marche ne dépassera pas la longueur de cohérence ???

Le principe d'HF est un *principe*. Bien qu'il traduise avec une bonne approximation les observations, ce n'est pas la "réalité".

Car physiquement, l'onde EM incidence sur l'ouverture, génère des courants autour de celle-ci (aucun métal n'est parfait). Et ces courants, ré-émettent des ondes EM qui peuvent interagir avec le champ incident, etc, etc... C'est toute la difficulté des couplages.

Toutefois, lorsque les dimensions de l'arête sont très inférieures à la longueur d'onde, ces phénomènes de couplages sont négligeables, en particulier à grande distance (par rapport à la long. d'onde) de l'ouverture. .

[deep_turtle]

Salut,

Pour préciser un point, la diffraction ne concerne pas que les cas où la taille de l'obstacle est de l'ordre de la longueur d'onde, elle a lieu tout le temps ! En particulier, les astronomes sont confrontés aux phénomènes de diffraction en utilisant des ouvertures de plusieurs mètres, alors que la longueur d'onde est inférieure au micron...

Le truc c'est que le rapport entre la longueur d'onde et la taille de l'ouverture diffractante donne la taille angulaire typique de la figure de diffraction. Plus l'ouverture est grande, plus il faut observer précisément l'image pour voir les effets de diffraction.

[Chip]

Pour préciser un point, la diffraction ne concerne pas que les cas où la taille de l'obstacle est de l'ordre de la longueur d'onde, elle a lieu tout le temps ! En particulier, les astronomes sont confrontés aux phénomènes de diffraction en utilisant des ouvertures de plusieurs mètres, alors que la longueur d'onde est inférieure au micron...

Ça me brûlait les lèvres... autre exemple, on observe la diffraction de la lumière venant des étoiles sur le contour du disque lunaire! (inutile de préciser que la Lune est très grande devant lambda, et que le "disque lunaire" a également un profil très irrégulier devant lambda)

[Sclarckone]

Donc si je vous suis bien la diffraction ne s'explique pas...Le propre d'une onde c'est de se diffracter et pas seulment à la traversée d'une petite ouverture.
Seulement il faut utiliser des fentes pour que ce phénomène soit visible à l'oeil nu avec de la lumière...C'est ça ??

[Tawahi-Kiwi]

Donc si je vous suis bien la diffraction ne s'explique pas...??

euh, bin si, c'est la diffraction....mais la base de la propagation des ondes repose sur les maths; plus sur la physique...

C'est d'ailleurs un phenomene relativement evident. Si pour la lumiere, c'est un peu plus complique a percevoir; c'est evident lorsque ce sont des ondes materielles comme un plan d'eau.



J'ai personellement du mal a voir comment il pourrait en etre autrement.

Seulement il faut utiliser des fentes pour que ce phénomène soit visible à l'oeil nu avec de la lumière...C'est ça ??

Plus tes fentes seront proches de la longueur d'onde utlisee et plus le phenomene de diffraction sera "large". C'est donc en effet beaucoup plus facile a observer que lorsque ce phenomene se fait a des angles tres petits..

T-K

[juliendusud]

Ok et qu'est-ce qui change alors dans la fente ?

Est-ce que certaines ondes "rebondissent" sur les bords de la fentes et que du fait que la fente a des dimensions petites devant la longueur d'onde de la radiation, la différence de marche ne dépassera pas la longueur de cohérence ???

Bonjour, la diffraction existe parce que lorsque la lumière rencontre un obstacle, on peut appliquer le principe de Huigens-Fresnel qui dit que chaque obstacle se comporte comme une source d'émission secondaire. La véritable question est donc de savoir pourquoi le principe de Huygens fresnel s'applique dans le câdre de la lumière et de la fente, la réponse est liée à la structure électrique de la matière.
Avant toute chose, il faut comprendre ce qu'est une onde électromagnétique, quelle en est la source, quels en sont les effets? Pour faire très simple, une onde électromagnétique est créée dès lors que le champ électromagnétique dans l'espace est modifié, cette modification se propage sous la forme d'une onde dans le vide à la vitesse c. Le champ électromagnétique est engendré par des sources qui peuvent être soient des charges électriques, soit des courants, pour modifier le champ électromagnétique il suffit donc de modifier les sources par exemple en déplaçant des charges électriques.
Pour comprendre pourquoi chaque atome de la fente réémet la lumière en se comportant comme une source secondaire, il suffit de comprendre que les électrons faiblement liés vont osciller sous l'action de ton champ EM en réemettant le champ incident. Conséquence : si tu avais une fente constituée d'atomes sans charges électriques (par exemple que des neutrons) et bien y aurait pas de diffraction du tout.

[Sclarckone]

C'est d'ailleurs un phenomene relativement evident. Si pour la lumiere, c'est un peu plus complique a percevoir; c'est evident lorsque ce sont des ondes materielles comme un plan d'eau.



J'ai personellement du mal a voir comment il pourrait en etre autrement.

=> Oui mais sur l'exemple de l'onde matérielle ce sont les 2 ondes émises par les 2 fentes qui interfèrent et réalisent le phénomène de diffraction.

Moi ce qui me causait souci c'est que l'on observe la même chose avec une seule fente dans le cas de la lumière.

Donc en fait dans le cas de la lumière chaque point de la fente est comme une fente de ton image et la diffraction avec des ondes lumineuses c'est donc un phénomène d'interférences avec une "infinité" d'ondes (autant que de points dans la fente)...Enfin il me semble que c'est une explication qui colle tout à fait avec l'expression mathématique du principe de HF.

D'ailleurs avec l'explication de juliensud je comprend mieux pourquoi chaque point de la fente peut-être considéré comme une source ponctuelle.

J'espère avoir compris ce qu'il fallait comprendre et un grand merci @ tous pour vos explications.

[invitee51caab2]

=> Oui mais sur l'exemple de l'onde matérielle ce sont les 2 ondes émises par les 2 fentes qui interfèrent et réalisent le phénomène de diffraction.

Moi ce qui me causait souci c'est que l'on observe la même chose avec une seule fente dans le cas de la lumière.

Donc en fait dans le cas de la lumière chaque point de la fente est comme une fente de ton image et la diffraction avec des ondes lumineuses c'est donc un phénomène d'interférences avec une "infinité" d'ondes (autant que de points dans la fente)...

Qu'appelles-tu "point de la fente" ?..

Il y aurait donc propagation sphérique des ondes, c'est à dire qu'un point émet une onde en forme de sphère, que chaque point sur cette sphère émet à son tour une onde sphérique, etc. Et ce seraient les interférences destructrices entre toutes ces ondes secondaires qui permettraient d'expliquer la figure de diffraction ?

Hm, pas vraiment intuitif, tout ça. J'ai beau essayer d'imaginer, en termes d'ondes secondaires, decompensation et de bidules divers ce qui se passe dans la fente, je pige toujours assez mal pourquoi on observe des taches séparées par des trous sur l'écran.
En fait, il faudrait arriver à rattacher le comportement de la lumière traversant cette fente, à celui de l'eau traversant n fentes d'Young "quand n serait très grand", puisque n représenterait le nombre de "points de la fente" (même si j'vois pas franchement ce que c'est ).

(Et d'ailleurs, sans vouloir faire ma bêcheuse, déjà pour comprendre l'onde observée quand on lance un caillou dans la flotte avec ce modèle d'ondes secondaires et de compensation, ben c'est pas franchement de la tarte non plus.)

"Par là on voit clairement pourquoi l'arithmétique et le géométrie sont beaucoup plus certaines que les autres sciences : c'est que seules elles traitent d'un objet pur et simple pour n'admettre absolument rien que l'expérience ait rendu incertain, et qu'elles consistent tout entières en une suite de conséquences déduites par raisonnement. Elles sont donc les plus faciles et les plus claires de toutes."
Je vais me mettre à aimer Descartes, je crois...

[Karibou Blanc]

Alors y a-t-il quelqu'un qui pourrait m'expliquer d'où vient ce phénomène ??

Tu trouveras la réponse a cette délicate question dans le livre de Feynman : Lumière et matière.

La raison principale de la diffraction est qu'en réalité la lumière va dans toute les directions avec la meme probabilité. Elle nous apparait en propagation rectiligne la plupart du temps car tous ces chemins interférent entre-eux et de manière constructive uniquement pour une trajectoire rectiligne. Lorsque tu restreins le nombre de chemins possibles, en placant une fente par exemple, les interférences entre chemins sont insuffisantes pour détruire completement la propagation de lumière dans d'autres directions et on observe les fameuses figures de lumière étalée. En un mot, plus tu reduis le nombre de chemins possibles (plus la fente est petite) plus tu favorises la propagation dans divers es directions car à la base la lumière va partout.

[invitee51caab2]

La raison principale de la diffraction est qu'en réalité la lumière va dans toute les directions avec la meme probabilité. Elle nous apparait en propagation rectiligne la plupart du temps car tous ces chemins interférent entre-eux et de manière constructive uniquement pour une trajectoire rectiligne. Lorsque tu restreins le nombre de chemins possibles, en placant une fente par exemple, les interférences entre chemins sont insuffisantes pour détruire completement la propagation de lumière dans d'autres directions et on observe les fameuses figures de lumière étalée. En un mot, plus tu reduis le nombre de chemins possibles (plus la fente est petite) plus tu favorises la propagation dans divers es directions car à la base la lumière va partout.

Je rends grâce à ta pédagogie sur ce coup, parce que je n'ai vu nulle part sur le web d'explication aussi claire (tout en restant rigoureuse) malgré toutes mes recherches !

Pour le livre que tu cites, un autre forumeur qui l'a acheté semble avoir eu un souci technique... http://forums.futura-sciences.com/post842999-15.html

[Karibou Blanc]

Je rends grâce à ta pédagogie sur ce coup,

Merci, mais c'est à Feynman qu'il faut rendre grace pour cela

[invitee51caab2]

Merci, mais c'est à Feynman qu'il faut rendre grace pour cela

Vraiment ? le passage est de lui ? Ah mais je commande le bouquin tout de suite, moi, si l'oeuvre entière est à la hauteur de ce passage

Tu pourrais me donner l'ISBN du bouquin s'il te plait ? (De façon à éviter les versions tronquées, comme celle que j'ai donnée en lien...)

[Karibou Blanc]

Vraiment ? le passage est de lui ? Ah mais je commande le bouquin tout de suite, moi, si l'oeuvre entière est à la hauteur de ce passage

Non le passage est de moi (sinon j'aurai mis des guillemets et j'aurai cité l'auteur ), mais c'est grandement inspiré, enfin c'est ce que j'ai compris en lisant le bouquin.

Tu pourrais me donner l'ISBN du bouquin s'il te plait ?

http://www.amazon.fr/Lumi%C3%A8re-ma...9953900&sr=8-1

[invitee51caab2]

Non le passage est de moi (sinon j'aurai mis des guillemets et j'aurai cité l'auteur ), mais c'est grandement inspiré, enfin c'est ce que j'ai compris en lisant le bouquin.

Bien bien, tu es honnête en plus d'être pédagogue !

Pour le bouquin que tu me donnes, ça semble effectivement être une version tronquée (cf site de la FNAC aussi), mais en même temps je n'ai pas vu de version complète...

Merci en tout cas !

[Karibou Blanc]

c'est la seule et unique version que je connaisse. Et elle est complete dans le sens ou les quatres conférences (de Feynman en nouvelle zelande en 78/9) que ce bouquin résume sont présentes.

[mariposa]

c'est la seule et unique version que je connaisse. Et elle est complete dans le sens ou les quatres conférences (de Feynman en nouvelle zelande en 78/9) que ce bouquin résume sont présentes.

Je confirme. La version originale (version française) que je possède a été publiée par InterEditions en 1987

[invitee51caab2]

Bon, le livre est acheté et le premier chapitre lu. Y a déjà des questions qui me viennent à l'esprit, mais on s'éloigne du sujet de ce topic. Peut-être vaudrait-il mieux ouvrir un nouveau fil...