Interférences des ondes lumineuses

[adri169]

Bonjour à tous, au cours de mes études j'ai pas mal étudié le sujet de la diffraction lumineuse et donc l'histoire des interférences lumineuses additives ou bien destructives.

Mais une question me tracasse beaucoup en ce moment :

La lumière est une onde sinusoïdale (enfin dans ce cas précis), donc caractérisé par une fréquence et une phase. Une source lumineuse comme le soleil émet donc un nombre énorme de ces ondes.
Lorsqu'un objet est éclairé par le soleil, toutes ces ondes s'additionnent entres elles.

Statistiquement ces ondes devraient s'annuler ??! Et l'objet ne serait jamais éclairé


Quelque chose doit m'échapper
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[LPFR]

Bonjour.
Non. Quand vous additionnez des ondes de fréquences différentes (non-cohérentes) ce sont les puissances par surface unitaire qui s'additionnent, pas leur amplitude.
Vous pouvez le constater dans le cas du son, dans le brouhaha d'une salle ou tout le monde parle. On est loin d'avoir du silence.
Au revoir.

[adri169]

@LPFR : J'y ai pensé mais l'existence même du phénomène de diffraction nous prouve que la lumière peut effectivement s'annuler.

La comparaison avec le son n'est pas possible. Je m'explique : le bruit est produit par la vibration d'une membrane à une certaine fréquence (voix, haut-parleurs par exemple) ce qui nous donne une seule onde à une certaine fréquence avec des harmoniques.

[Tiluc40]

Bonsoir,

@LPFR : J'y ai pensé mais l'existence même du phénomène de diffraction nous prouve que la lumière peut effectivement s'annuler.

LPFR n'a pas dit que "la lumière ne pouvait pas s'annuler". Il a dit que ce n'était pas le cas lorsque les fréquences et les phases des ondes que l'on cherche à faire interférer sont aléatoires, ce qui est le cas des ondes produites par la multitude de sources dans le soleil.

Conséquence : pas d'interférence possible, donc addition des puissances lumineuses.

Par ailleurs, votre "explication" sur les ondes sonores me semble plus que suspecte. Vous devriez la reconsidérer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[adri169]

J'ai fait une simu matlab et vous avez manifestement raison .
La somme d'un grand nombre de sinusoide de phase aléatoires ne s'annule pas ! Cela fait une plus ample sinusoïde de phase aléatoire (même en additionnant un nombre très important de sinusoïdes) et de même fréquence.

Il faut avouer que ce résultat n'est pas forcément intuitif !

[invite54165721]

J'ai fait une simu matlab et vous avez manifestement raison .
La somme d'un grand nombre de sinusoide de phase aléatoires ne s'annule pas ! Cela fait une plus ample sinusoïde de phase aléatoire (même en additionnant un nombre très important de sinusoïdes) et de même fréquence.

Dans ta question sur le soleil ta simulation devrait prendre des fréquences non égales (photons d'energie différentes).
En ce qui concerne les fentes de Young éclairées par de la lumière naturelle il ne doit pas y avoir de franges d'interférence.

[adri169]

@ alovesupreme :

J'ai refait la simu avec fréquence et phase aléatoire. On obtient bien une fonction ayant une énergie don c'est bon aussi.

[invite54165721]

je reviens sur mon commentaire sur les fentes de Young
Il semble d'apres ceci qu'en 1801 Young a effectivement utilisé la lumière solaire directement (sans passer par un prisme?).
La forme du spectre solaire ne serait donc pas contradictoire avec l'observation de franges.

[LPFR]

Bonjour.
On peut effectivement faire des interférences aves de la lumière blanche. On les voit dans les bulles de savon et dans les tâches de mazout.
Par contre, la distance de cohérence d'un signal dépend de sa largeur spectrale. Un signal dont la fréquence varie d'un rapport de plus de deux (comme la lumière blanche), à une longueur de cohérence de deux ou trois longueurs d'onde, grand maximum.
C'est la raison pour laquelle on peut faire des interférences avec de la lumière blanche sur une pellicule d'eau savonneuse fine, mais pas avec une vitre de fenêtre ni même avec du film alimentaire étirable.
La manip de Young, en utilisant de la lumière blanche doit donner quelque chose de similaire aux franges sur une bulle de savon, très proches du centre de symétrie, mais très peu étendues. Deux ou trois franges de chaque couleur, pas plus.
C'est la même chose si vous regardez le "disque d'Airy" d'une lumière blanche: vous verrez le disque avec les bords irisés.
Au revoir.

[mimo13]

Statistiquement ces ondes devraient s'annuler ??! Et l'objet ne serait jamais éclairé

Pour moi, ce n'est pas possible pour la simple raison que ça ne respecte pas la conservation de l'énergie.

Dans le cas des interférences à deux ondes lumineuses, on peut voir que l'éclairement totale varie (de façon sinusoïdale) entre et donc avec un moyenne de ce qui traduit que le phénomène d'interférence change la répartition de l'énergie dans l'espace sans changer l'énergie totale.

La comparaison avec le son n'est pas possible. Je m'explique : le bruit est produit par la vibration d'une membrane à une certaine fréquence (voix, haut-parleurs par exemple) ce qui nous donne une seule onde à une certaine fréquence avec des harmoniques.

Détrompez vous !
Le phénomène d'interférences totalement destructrices existe aussi en acoustique.

[arrial]

Statistiquement ces ondes devraient s'annuler ??! Et l'objet ne serait jamais éclairé

Salut,

Ce serait le cas si elles étaient synchrones et en opposition de phase.
Or, elles ne sont pas cohérentes, et statistiquement à 90° [produit scalaire nul].

@+

[adrih]

Bonjour à tous,

J'ai une question à laquelle je n'arrive pas à trouver de réponse satisfaisante, qui reprend ce sujet:

Pour résumer, pourquoi est ce que la lumière du soleil, en tant que superposition aléatoire de beaucoup d'ondes, ne subit pas d'intérférences destructives?
En un point donné d'observation, c'est une somme d'un très grand nombre de vecteurs aléatoires, qui statistiquement devrait s'annuler.

Je ne suis pas du tout satisfait par toutes les réponses apportées:
- Je comprends que la superposition d'ondes de fréquence différentes ne donne pas d'interférences, cependant ici ce phénomène devrait s'opérer pour chaque fréquence!
(Quitte à prendre un prisme on peut se ramener à un cas monochromatique de la lumière du soleil).
- Effectivement, une somme de sinusoides aléatoires ne s'annule pas complètement, comme cela a été dit dans le sujet précédent. Cependant, on ne parle ici que de bruit statistique! (c'est a dire la distribution n'étant jamais parfaitement uniforme, on a toujours un faible résidu) La lumière du soleil ne serait donc qu'un bruit statistique ? Dans ce cas, où irait l'énergie?

Cette dernière remarque amène à une autre question, qui me semble liée:
Est il possible de superposer deux lasers en opposition de phase, et dans ce cas, ou va l'énergie? J'ai pu lire des choses sur l'interféromètre de Mach zehnder, mais qui semble pour moi uniquement un problème technique a superposer deux faisceaux lumineux.

Un grand merci à tous ceux qui pourrait m'apporter une réponse !

Adrien

[maxwellien]

Bonjour, une source laser donne une onde quasi monochromatique donc avec des trains d'ondes avec des phase aléatoires donc impossible de faire des interférences.
Le même démarche pour la lumière polychromatque.

[calculair]

Bonjour,

Imaginons que le rayonnement solaire soit rigoureusement mono chromatique et que tout soit en phase.

Le soleil serait un gros laser.

Comme toutes les sources ne sont pas confondues , du fait que c'est un très très gros laser, les ondes interfèrent du fait de distances différentes entre le points d'observation et le point d'émission. La lumière serait pixelisée.... La mise en phase et cohérence entraine donc une nouvelle distribution de l'énergie avec des ventres et des noeuds au lieu d'une repartition uniforme....