diffraction

diffraction, modification du trajet d'une onde lorsqu'elle passe à proximité d'un obstacle ou à travers une ouverture de dimensions inférieures à sa longueur d’onde.

La diffraction s’observe pour tous les types d’ondes : lumineuses, hertziennes, acoustiques, rayons X, etc. On attribue généralement la découverte de la diffraction au père jésuite italien Francesco Grimaldi, qui fait état de ce phénomène dans son ouvrage Physico-mathesis de Lumine, coloribus et iride, publié en 1665.

La diffraction des ondes a surtout été étudiée dans le cadre des ondes électromagnétiques. En effet, dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite ; après traversée d'une ouverture, cette onde plane ne se propage plus selon la même direction. Cet effet est particulièrement spectaculaire lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique traverse une fente ou un trou circulaire : il se manifeste alors par l’apparition de figures d’interférences. Dans le premier cas, si l’on observe sur un écran le résultat de la diffraction de la lumière, on observe 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 : c’est la diffraction de Fraunhofer. Dans le cas d’une diffraction par un trou circulaire, dite diffraction de Fresnel, on observe sur l’écran une tache centrale entourée d’anneaux de diamètres de plus en plus élevés et d’intensités décroissantes. On les appelle anneaux de diffraction ou anneaux de Fresnel. Pour une ouverture de forme quelconque, la figure de diffraction obtenue est plus ou moins complexe, mais toujours liée à la géométrie de l’ouverture.

Les rayonnements ne sont pas diffractés uniquement par des ouvertures. Un phénomène de diffraction se produit lorsqu’une onde passe entre deux objets séparés par une distance inférieure à la longueur d’onde du rayonnement. Par exemple, les rayons X sont généralement diffractés par les cristaux, leur longueur d'onde (de l'ordre de l'angström, soit 10^-10 m) étant de l'ordre de grandeur des distances interatomiques. La figure de diffraction étant liée à la géométrie de l’objet diffractant, elle permet d'étudier la structure des cristaux.

Par ailleurs, le principe fondamental de la mécanique ondulatoire stipule qu’à chaque particule peut être associée une onde (dualité onde-particule) dont la longueur d’onde λ est liée à l’énergie E de la particule par la relation : E = hv/λ, où h est la constante de Planck et v la vitesse de la particule. Par conséquent, un faisceau de particules peut aussi être diffracté. Ce phénomène est utilisé dans la diffraction des électrons ou des neutrons par les cristaux (voir cristallographie).