I.      Historique.

 

 

La diffraction fut découverte de façon fortuite en 1665 par un moine italien, Grimaldi. Enfermé dans une chambre obscure il perçait de minuscules ouvertures dans un rideau noir exposé au soleil. Il interposait sur le trajet du faisceau un écran percé d'un petit trou ou une fente, un bord d'écran, des fils, des cheveux, de la toile, des plumes d'oiseaux. Chaque fois il observait sur un écran placé derrière ces objets,  des franges irisées en dehors du trajet géométrique normal. Il suppose donc que le changement de trajectoire de la lumière lors de son passage à proximité d'objets opaques, est la conséquence d'un phénomène nouveau qu'il appelle diffraction.

 

Huygens fut le premier à interpréter la diffraction comme un phénomène interférentiel qui s’explique grâce à la théorie ondulatoire de la lumière. Le phénomène d’interférence se produit lorsque des ondes de même nature (acoustiques, lumineuses, mécaniques) et de fréquences égales ou voisines se superposent lors de leur propagation dans l’espace. Vous observerez des interférences constructives lorsque les ondes sont en phase, c’est-à-dire lorsque leurs amplitudes maximales coïncident (l’intensité de l’onde étant alors amplifiée), et des interférences destructives lorsque les ondes sont en opposition de phase, c’est-à-dire lorsque l’amplitude maximale de l’une correspond à l’amplitude minimale de l’autre (l’onde étant alors détruite).

 

 

Thomas Young, un médecin anglais s'intéressa à la diffraction : l’expérience qu’il mena consistait, tout comme l’expérience de Grimaldi, à faire passer de la lumière ayant voyagée à travers un trou d’aiguille dans deux fentes étroites près l’une de l’autre et équidistantes du trou d’aiguille. La lumière qui traversait les deux fentes venait ainsi des mêmes fronts d’onde et était donc en phase. Les résultats de cette expérience des deux fentes de Young étaient surprenants car il observa des bandes brillantes et sombres en alternance.

Cette découverte amena de grands changements dans le domaine de la physique. En effet Jean Augustin Fresnel et Joseph Von Fraunhofer firent de nombreuses recherches autour de la nature ondulatoire de la lumière notamment dans le domaine de la diffraction.

 

 

 

Augustin Fresnel reprit les expérimentations de Huygens sur la diffraction mais au lieu de faire pénétrer la lumière solaire dans sa chambre noire par un petit trou, il utilise une petite goutte de miel insérée dans un trou percé dans une plaque métallique. La goutte fait fonction de lentille et donne une minuscule image du soleil qui constitue sa source ponctuelle. Comme ses prédécesseurs il interpose des écrans percés de trous, de fentes, des fils, etc. Par contre l'écran sur lequel il observe les figures d'interférences et de diffraction est un verre dépoli. Derrière l'écran, il place une loupe montée sur un micromètre fabriqué par le forgeron du village. Il effectue ainsi des mesures précises. Son premier mémoire sur la diffraction paraît dès 1815. En 1817, alarmés par la reprise de la théorie ondulatoire, les Newtoniens de l'académie des Sciences organisent un concours sur le thème de la diffraction. Fresnel sera le seul à répondre. Son mémoire déposé en 1818 et récompensé en 1819, sera le triomphe de la théorie ondulatoire. On y trouve bien entendu le principe d'Huygens Fresnel qui permet par le calcul intégral de retrouver précisément l'allure des figures de diffraction.

 

 

 

 

 

Joseph Von Fraunhofer, contemporain de Fresnel étudia également le phénomène de diffraction. Il fit passer un faisceau de lumière monochromatique dans une fente et il observa alors sur un écran une raie lumineuse en face de la fente. Cette raie est encadrée par d’autres raies, équidistantes les unes des autres, dont l’intensité est de plus en plus faible au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la raie centrale. Fraunhofer développa alors une théorie autour de la diffraction dans des cas limités : lorsque la source et l’écran sont tous deux à une distance très éloignée de l’obstacle contrairement à la théorie de Fresnel englobant tous les types de diffractions.