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Dossier - Les trous d'Young
DossierClassé sous :physique , Incontournables , trous d'Young

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Thomas Young était un personnage brillant, parlant neuf langues. Docteur en médecine, il s'intéressa également à la physique, l'élasticité des milieux, à la propagation des sons et aux phénomènes lumineux, et apporta sa contribution aux hiéroglyphes.

  
DossiersLes trous d'Young
 

1 - Le résultat et sa portée

La découverte d'Young est remarquable : les taches lumineuses correspondant à chacun des trous sont striées par une alternance de franges sombres et brillantes. Elles mettent en évidence le phénomène d'interférence, et on les appelle d'ailleurs des franges d'interférence.

Le résultat de l'expérience : la distribution de lumière observée sur l'écran est constitué de franges. Crédits : Richard Taillet

Ce phénomène est dû à la nature ondulatoire de la lumière. La lumière issue de chaque trou est une onde, et la grandeur qui décrit cette onde prend dans certaines régions des valeurs positives, dans d'autres des valeurs négatives, comme pour la vague à la surface de l'eau. Du coup, il y a des régions de l'espace dans lesquelles les ondes issues des deux trous se compensent : la quantité de lumière est inférieure à la somme des quantités de lumière issues de chaque trou, ce sont les zones sombres de la figure d'interférence. On dit que les interférences sont destructives. Dans d'autres régions, c'est le contraire, les amplitudes s'ajoutent de manière anormalement grande, les interférences sont constructives, ce sont les zones les plus brillantes de la figure d'interférence.

Au-delà de ce qu'elle nous apprend sur la nature de la lumière, ce type d'expérience ouvre la porte à des mesures de distances très précises. En effet, l'alternance de franges sombres et brillantes correspond à des différences de trajet entre les rayons issus de chacun des trous de l'ordre de la longueur d'onde, soit moins qu'un micronDes méthodes interférométriques plus élaborées permettent maintenant d'obtenir des précisions encore meilleures.

2 - Les versions modernes

Cette expérience est aujourd'hui assez facile à réaliser sur un banc d'optique, elle constitue un must des démonstrations d'optique en cours ou en TP. Sous différentes formes, elle est réapparue à plusieurs occasions dans le développement des sciences. Par exemple, à la fin du XIXème siècle, Michelson mesura le diamètre de Bételgeuse en tirant parti d'une propriété de la figure d'interférence appelée cohérence spatiale. Plus récemment, cette expérience a été reproduite en remplaçant la lumière par des particules (des électrons) et le résultat est très similaire. Cette indication que la matière a des propriétés ondulatoires ouvre la porte au monde quantique.