Physique · Sujet officiel n°6 · Session 2027
Prérequis : onde progressive périodique, longueur d'onde \(\lambda\), fréquence, célérité ; principe de superposition ; en Terminale, modèle ondulatoire de la lumière et relation \(\delta=p\lambda\) fournie ; en CPGE : chemin optique, notion de spectre et de largeur spectrale \(\Delta\lambda\). La diffraction (sujet n°7) est mobilisée en fin de leçon pour l'articuler avec les interférences. Matériel : laser HeNe (632,8 nm) ou diode verte (532 nm) sur banc d'optique, bifentes calibrées (\(a=0{,}1\) à \(0{,}5~\text{mm}\)), écran gradué à distance \(D\) réglable (1 à 2 m) ; simulation PhET « Interférences d'ondes » ; en CPGE : interféromètre de Michelson réglé (séparatrice + compensatrice), lampe spectrale au sodium et lampe à vapeur de mercure, source de lumière blanche, condenseur et fentes source de largeur réglable, capteur/photodiode sur translation ou barrette CCD + acquisition, traitement Python (numpy/scipy) ou Regressi.
Une bulle de savon irisée, la nappe multicolore d'une flaque d'essence sur le bitume mouillé, les reflets d'un CD, le bleu métallique d'une aile de papillon morpho : ces teintes ne proviennent d'aucun pigment. Elles disparaissent si l'on change l'angle de vue ou l'épaisseur du film, alors qu'une couleur de pigment, elle, ne bouge pas. Ce sont des couleurs structurelles, produites par la superposition de la lumière avec elle-même : des interférences.
Le principe est simple à énoncer : là où deux ondes lumineuses issues d'une même source arrivent en phase, leurs amplitudes s'ajoutent et l'éclairement est renforcé ; là où elles arrivent en opposition de phase, elles se compensent et l'éclairement s'annule. On obtient une alternance de zones claires et sombres, les franges. Mais un fait tenace résiste à cette description naïve : éclairer un écran avec deux lampes de poche ne produit jamais de franges. Il ne suffit pas de superposer deux faisceaux, encore faut-il qu'ils soient cohérents.
La cohérence est le fil rouge de cette leçon. Au lycée, on l'assure sans la nommer, en dérivant les deux ondes d'une source unique (fentes d'Young). En CPGE, on la décortique : la cohérence temporelle (jusqu'à quelle différence de marche une onde interfère-t-elle avec elle-même retardée ?) et la cohérence spatiale (une source étendue brouille-t-elle les franges ?) sont les deux grandeurs qui gouvernent le contraste, et que l'interféromètre de Michelson permet de mesurer.
Le dispositif de référence est celui de Thomas Young (1801). Une source monochromatique éclaire une plaque percée de deux fentes fines \(S_1\) et \(S_2\), parallèles et distantes de \(a\). Chaque fente se comporte comme une source secondaire ; les deux ondes émises se superposent et l'on observe, sur un écran placé à la distance \(D\), un système de franges rectilignes équidistantes. Comme les deux fentes prélèvent deux morceaux du même front d'onde issu de la source, elles émettent des ondes cohérentes entre elles : c'est la clé de la stabilité des franges.
Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.
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