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Tache de Fresnel
L'expérience de la tache de Fresnel, que les anglais appelle tache d'Arago ou bien encore tache de Poisson, est une expérience d'optique reposant sur le principe de la diffraction. Elle tire son nom du physicien français Augustin Fresnel. C'est une expérience essentielle pour comprendre la nature de la lumière. Elle fut réalisée pour la première fois en 1817.
L'expérience est relativement simple, on projette de la lumière sur un disque opaque 
, son ombre apparaît donc sur l'écran. Selon la théorie admise à l'époque, qui postulait que la lumière était constitué de particules, l'ombre devrait ainsi être parfaitement nette. Or cette expérience montre qu'une petite tache se forme au centre de l'ombre. Cette tache ne s'explique que si on considère la lumière comme une onde.
Contexte historique de l'expérience[modifier | modifier le wikicode]
Lumière : onde ou particule ?[modifier | modifier le wikicode]
Depuis les travaux d'Isaac Newton, il était communément admis que la lumière se déplaçait sous forme de particules. Descartes et Newton étudièrent tous deux les phénomènes de déviation de la lumière : la réfraction et la réflexion. Cependant, à la même époque, un autre physicien le néerlandais Christian Huygens démontre que la lumière avait les propriétés d'une onde, en se basant sur la géométrie. La théorie de Huygens reste néanmoins très marginale et c'est le modèle de particule de lumière qui domina la pensée scientifique.
Cependant, des phénomènes que cette théorie ne pouvaient expliquer furent découvert. Le plus célèbre est celui des fentes de Young. En faisant passer de la lumière par deux petites fentes on observe des raies de lumières sur une grande partie de l'écran. Alors que l'on ne devrait normalement voir que deux raies bien nettes si la lumière était faite de particules. Cependant, au moment de sa publication, le manque de rigueur et de formalisme mathématique de Thomas Young fit qu'il ne fut pas pris au sérieux par ses contemporains.
Augustin Fresnel et le prix de l'Académie des Sciences[modifier | modifier le wikicode]
En 1817, l'Académie des Sciences organisa un concours dont le sujet était les propriétés paradoxales de la lumière. Augustin Fresnel alors ingénieur des Ponts et Chaussées y participa. Le jury était constitué de nombreux scientifiques favorables à la théorie de Newton François Arago, Denis Laplace, Siméon Denis Poisson entre autres.
Ce dernier chercha à démontrer que la théorie de Fresnel était fausse. Il s'attarda notamment sur le fait que la théorie de Fresnel prédisait qu'au centre d'objets circulaires on devrait observer une petite tache lumineuse. N'en voyant pas dans les ombres de la vie courante, il crut alors avoir démontré que la théorie ondulatoire de Fresnel n'était pas correcte.
Cependant, un autre membre de ce jury, son président, François Arago, fit tout de même l'expérience. Pour ce faire, il installa sur une plaque de verre un disque de métal de 2 mm et put observer cette fameuse tache sur un écran placé plus loin. Le prix fut attribué à Fresnel en 1819.
Ce n'est que trois siècles plus tard qu'Albert Einstein démontra que la lumière était à la fois une onde et une particule.
En 2019 il a été observé une variante de la tâche de Fresnel. En faisant passer de la lumière dans une fibre optique et en la coupant un bref instant, et en analysant l'onde ainsi obtenue là où on ne devrait observer qu'un creux, on observe également au centre un petit pic d'émission. Actuellement on cherche à savoir si grâce à la mécanique quantique (qui affirme que les particules ont elles aussi un comportement ondulatoire) il est possible d'obtenir des tâches de « matière ».
Pourquoi une tâche[modifier | modifier le wikicode]
L'apparition d'une tâche au centre de l'ombre projetée d'un disque peut sembler de prime abord contre-intuitive. Elle s'explique avec le modèle ondulatoire de la lumière, théorisé par Christian Huygens. Une onde lumineuse peut être vue comme une vague (en réalité c'est plus complexe que cela), la crête de la vague lumineuse possède un grand nombre de points et chacun de ses "points" se comporte comme une source de lumière secondaire et émet à son tour une onde circulaire. En additionnant ses ondes on remarque que cela forme une nouvelle crête de vague (distante d'une certaine longueur, la longueur d'onde) et ainsi de suite.
Ainsi lorsque la lumière est projetée sur un disque avec des bords suffisamment nets les points d'où partent ces sources secondaires sont situés à égale distance du centre de l'ombre (cela forme un cône avec pour base le disque et pour sommet le centre de l'ombre). Or, vu que la lumière parcourt la même distance, toutes les ondes secondaires qui partent du bord du disque arrivent en même temps, on dit qu'elles sont en phase. Pour reprendre l'analogie des vagues, les crêtes et les creux sont au même endroit. Donc les ondes s'ajoutent formant une tache lumineuse au centre de l'ombre
Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]
Pour compléter[modifier | modifier le wikicode]
Lien externe[modifier | modifier le wikicode]
[en ligne] Vidéo Youtube reproduisant l'expérience d'Arago qui à mis en évidence la tâche de Fresnel- [en ligne] Comment reproduire avec un peu de matériel l'expérience de Fresnel
Sources[modifier | modifier le wikicode]
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