La diffraction est un phénomène que l'on observe lorsqu'une onde passe par une ouverture de faibles dimensions.

Qui n'a pas fait cette expérience ?

Dans la figure ci-dessus on a schématisé les ondes produites sur la surface d'un liquide
après qu'on y ait produit une perturbation (caillou lancé dans l'eau) dans le bassin de gauche,
au centre des cercles qui y apparaissent.


On est moins habitué à observer ce qui se passe dans le bassin de droite,
séparé du premier par un mur dans lequel on a ménagé une étroite ouverture.

Lorque les ondes concentriques du bassin de gauche atteignant ladite ouverture,
elles vont curieusement produire de nouvelles ondes concentriques dans le bassin de droite,
mais centrées cette fois-ci au milieu de l'ouverture.

Pourquoi ne restent-elles pas concentriques aux premières ?

A la question "Pourquoi ?", la démarche scientifique
est invitée à montrer que tel fait étonnant, paradoxal ,
découle en réalité d'un ensemble de connaissances dont aucune n'a jamais été démentie par l'expérience.

Nous allons en voir un exemple dans ce qui suit.

D'une immense importance !

Le phénomène de diffraction ne se limite pas à nos ronds dans l'eau traversant curieusement un trou ;
cet exemple n'est qu'une observation de départ.
Un peu comme la chute d'une pomme confrontée par Newton. à la non chute de la lune.

Importance théorique :

Considérable depuis que des érudits européens du 17° siècle ont cherché à découvrir la nature de la lumière.
Et que certains l'ont assimilée à une onde semblable à celle qui se propage sur les surfaces aquatiques.
Le mot "onde" vient du latin "unda" l'onde au sens aquatique. (Inonder)

"Vénus sortant de l'onde" à Versailles.
Sculpteur : Pierre 1° le Gros.

Importance pratique :

Tour appareil d'optique possède une fenêtre d'entrée de la lumière.
L'iris pour l'oeil, l'objectif pour un appareil photographique ou un microscope, l'ouverture d'un télescope.

Les images qu'ils produisent sont ainsi toutes entâchées par ce phénomène de diffraction.
D'autant plus que l'ouverture est faible.

Bien que l'antiquité (vers 350 avant notre ère) n'ait pas manqué d'excellents observateurs
ni de géniaux théoriciens, ce fut au 17° siècle que de nombreux érudits, après
un grand sommeil de conservatisme qui dura tout le moyen âge, jetèrent les bases
de ce qui allait devenir plus tard la science moderne.

René Descartes (1596-1650) énonce les lois de la reflexion et de la réfraction
des rayons lumineux dans son Traité de la dioptrique.
Dès lors, on sait comment la lumière se réfléchit et se refracte, mais on ne sait pas pourquoi !
Descartes n'explique pas la nature de la lumière.
Serait-elle composée d' ondes (nature ondulatoire)
ou des "grains" (nature corpusculaire) qui se propagent ?

Dans l'état actuel des connaissances sur ce sujet on admet que la nature la lumière
peut être considérée au choix comme un faisceau de corpuscules (les photons) ou comme une onde.
Chaque corpuscule pouvant être associé à une onde et vice-versa.

Mais au 17° siècle on n'en était pas là !
D' antiques théories prétendaient que les objets émettaient des
corpuscules appelés simulacres qui renseignent nos yeux sur leur forme extérieure.
Les stoïciens pensaient même que la lumière sortait des yeux de l'observateur !

De toute manière, l'idée que la lumière se propageait était "dans l'air".
Mais à part les projectiles qu'on s'envoyait gaiement à la figure et les épidémies, les seuls phénomènes
de propagation connus en ce temps là étaient ... les ronds dans l'eau !

L'expérience décrite plus haut des ronds aquatiques passant à travers une ouverture a inspiré
exclut logiquement la nature corpusculaire. Elle incite à penser qu'elle est ondulatoire.

Mais comment une onde peut-elle produire un phénomène si paradoxal après son passage par le trou?

C'est là qu'intervient une interprétation géniale d'un non moins génial savant, j'ai nommé :
le hollandais : Christiaan Huygens (1629-1695)

Imaginons, fig. ci-dessous, la propagation d'ondes émise par un point central
dans un milieu homogène sans limitation par une écran quelconque.
Cette figure montre les 4 premiers fronts d'onde générés par la source centrale.
Nous les avons représentés par des cercles, en fait ce sont des sphères.
J'ai représenté en rouge le front d'onde le plus avancé.



Suspendons le temps à l'apparition du front rouge ci-dessus.

Huygens fit en 1678 cette hypothèse que l'on pouvait tout aussi bien expliquer la propagation des ondes,
en supposant que chaque point d'un front d'onde devient à son tour une source lumineuse
émettant dans tous les sens dans l'espace environnant.

Nous avons représenté ci-desous, sous forme des petits cercles, quelques unes de ces ondes
émises par quelques-uns des points du front d'onde rouge précédent.

On les appelle les "Ondelettes de Huygens" ... pas chouette ?

Regardez bien : ces ondelettes ont une enveloppe externe que j'ai représentée en bleu.
Cette enveloppe, d'après Huygens, se déplace comme se seraient déplacés
les fronts d'onde provenant directement de la source centrale.

Ce fait semble encore plus difficile à comprendre !

En fait, ces ondelettes interfèrent entre-elles - c'est à dire que leurs intensités
s'ajoutent ou se retranchent vectoriellement - en tous points de l'espace.
Tous calculs faits, Hugens démontre que, mathématiquement, elles équivalent
à une onde sphérique unique : l'enveloppe bleue signalée ci-dessus.

Voici une animation pour illustrer le phénomène.

Bon, en fait, jusqu'ici, on n'a rien expliqué à part que la nouvelle théorie ne contredit pas l'ancienne.
Et vous pourriez m'objecter que la nouvelle théorie est encore plus compliquée !
Qu'on y a perdu en clarté.
En d'autres termes, pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué?

Pour la propagation dans un espace illimité, en effet, nul ne songerait à la théorie de Huygens.
Mais je vous rappelle que nous devons traverser une fenêtre ...