L'expérience

1 - L'expérience

L'expérience dite des "trous d'Young" est une expérience d'optique qui a joué un rôle fondamental dans la compréhension de la nature de la lumière. Elle consiste à éclairer deux trous assez petits et assez proches (une fraction de millimètre de diamètre et environ un millimètre, ou moins, d'écart) avec de la lumière issue d'une source elle aussi assez petite, et d'observer la lumière issue des trous, grâce à un simple écran.

Schéma de l'expérience
Crédits : Richard Taillet

Pourquoi diable faire une telle expérience ? Que s'attend-on à voir ? Naïvement, on pourrait s'attendre à voir sur l'écran deux taches circulaires, correspondant à la propagation en ligne droite entre la source et l'écran de la lumière qui est passée par les trous.

A gauche, tache lumineuse à laquelle on pourrait s'attendre à la sortie d'un écran opaque percé de deux trous. A droite, même chose quand on ne perce qu'un seul trou.
Crédits : Richard Taillet

2 - Les taches de diffraction

Et bien non, ce n'est pas tout à fait ce que l'on observe, même pour un seul trou. Quand le trou est assez petit, on observe le phénomène de diffractiondiffraction, et la tache n'a pas un bord circulaire bien net. Elle est entourée d'une alternance d'anneaux sombres et brillants. Ceci était bien connu de Young et ses contemporains (mais pas encore compris, Maxwell n'établira la nature électromagnétique de la lumière que quelques décennies plus tard) et le but de cette expérience était précisément d'élucider le rôle que jouent les bords de l'ouverture dans ce phénomène de diffraction. Du coup, certains points de l'écran reçoivent de la lumière venant des deux trous ! On s'attend donc à la distribution de lumière représentée sur la figure suivante :

A gauche, tache lumineuse que l'on obtient effectivement avec un seul trou. A droite, distribution obtenue en superposant de façon "naïve" ces deux taches lumineuses.
Crédits : Richard Taillet

Quand on fait l'expérience, ce n'est pas du tout ce qu'on observe...