Spé. Physique-Chimie · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
L'expérience des fentes d'Young est l'expérience d'interférences lumineuses de référence. Une source monochromatique éclaire deux fentes fines, parallèles et très proches (séparées d'une distance a). Chaque fente diffracte la lumière ; comme les deux fentes proviennent d'une même onde, elles se comportent comme deux sources cohérentes. Sur un écran placé à la distance D, leurs ondes se superposent et donnent une figure de franges alternativement brillantes et sombres.
Le principe est celui de la division du front d'onde : au lieu de prendre deux sources indépendantes (qui ne seraient pas cohérentes), on partage une onde unique en deux. C'est ce qui garantit un déphasage constant et donc une figure stable. Cette expérience, réalisée par Thomas Young au début du XIXe siècle, a fourni une preuve décisive du caractère ondulatoire de la lumière.
La grandeur observable est l'interfrange i, distance entre deux franges brillantes consécutives. Elle augmente avec la longueur d'onde et avec la distance à l'écran, et diminue quand on écarte davantage les fentes. Les franges brillantes correspondent aux interférences constructives (\delta = k\lambda), les franges sombres aux destructives.
Interfrange : i = \dfrac{\lambda D}{a}, toutes les grandeurs en mètres.
Différence de marche au point d'abscisse x : \delta = \dfrac{a\,x}{D}.
Position des franges brillantes : x_k = k\,\dfrac{\lambda D}{a} = k\,i, k entier.
Mesure d'une longueur d'onde : \lambda = \dfrac{i\,a}{D}.
Schéma type : source, deux fentes S_1 et S_2 écartées de a, écran à distance D, franges régulières d'espacement i, avec la frange centrale brillante en x = 0.
Pour déterminer un interfrange, on convertit toutes les longueurs en mètres puis on applique i = \lambda D/a. Pour mesurer une longueur d'onde, on relève la distance X couvrant N interfranges (entre la 1re et la (N+1)e frange), on en déduit i = X/N, puis \lambda = i\,a/D. Mesurer plusieurs interfranges et diviser réduit l'incertitude relative d'un facteur N.
Le piège majeur dans le comptage : entre la 1re et la 9e frange, il y a 8 interfranges, pas 9. Compter les intervalles, pas les franges. Ne pas confondre a (écart entre les deux fentes, petit) et i (interfrange sur l'écran). Bien convertir mm et nm en m. Ne pas confondre la figure de fentes d'Young (franges régulières et fines) avec une simple tache de diffraction.
Maîtrise i = \lambda D/a dans les deux sens, et le comptage rigoureux des interfranges. Sache expliquer la cohérence par la division du front d'onde et l'importance historique de l'expérience. Retiens que les franges se resserrent vers le bleu et s'écartent vers le rouge. Le calcul d'incertitude sur \lambda est fréquemment demandé.