‖ Expérience de Young

Interférences des ondes issues de deux fentes : simulation avec écran, graphe d’intensité, photons un par un et calculateur de franges.

Écart des fentes d60 px

Longueur d’onde λ14 px

Largeur des fentes a8 px

Intensité du faisceau25 /s

Affichage :

Mode :

Exemples :

Détecteur aux fentes (on sait par où la particule est passée) Directions des maxima

Ce qu’affiche l’écran

—

Interfrange Δy ≈ λL/d

—

Franges claires sur l’écran

—

Premier zéro de l’enveloppe (depuis le centre)

Interférences

Figure sur l’écran

—

Photons sur l’écran

Maxima : d·sin θ = m·λ Minima : d·sin θ = (m + ½)·λ
Intensité : I(θ) = I₀ · cos²(π d sin θ / λ) · sinc²(π a sin θ / λ)
Interfrange : Δy ≈ λ·L / d

La vue « Rayons » est un schéma géométrique simplifié : les rayons vont de la source à l’écran en passant par les fentes et se resserrent dans les franges claires. C’est une illustration, pas des trajectoires de particules. La vue « Champ d’ondes » montre la somme réelle des ondes issues des fentes : à gauche une onde plane, derrière la paroi des ondes circulaires qui se superposent.
À droite se trouvent l’écran et le graphe d’intensité I(y). La ligne continue montre la figure actuelle, les pointillés l’autre variante (avec ou sans détecteur).
Rétrécissez les fentes et la bosse centrale d’intensité s’élargit : c’est la diffraction par une seule fente, qui joue le rôle d’enveloppe des franges.
En mode « Photons un par un », chaque particule arrive sur l’écran au hasard, et les franges n’apparaissent qu’après de nombreux impacts. Activez le détecteur et vous verrez les franges disparaître.
La couleur correspond à la longueur d’onde ; les pixels de la simulation sont conventionnels (λ de 8 à 30 px ≈ 400–700 nm).

Saisissez les paramètres réels de l’expérience : la longueur d’onde, l’écart des fentes, la distance à l’écran et la largeur des fentes. Vous obtiendrez la position des franges sur l’écran.

Longueur d’onde λ, nm

Écart des fentes d, mm

Distance à l’écran L, m

Largeur des fentes a, mm

Ordre du maximum m

Exemples :

—

Interfrange Δy ≈ λL/d, mm

—

Position du maximum d’ordre m depuis le centre, mm

—

Angle θ_m, °

—

Ordre maximal m

—

Premier zéro de l’enveloppe λL/a, mm

—

Franges dans la bosse centrale

Maximum m : y_m = L · tan θ_m, sin θ_m = m·λ / d
Zéro de l’enveloppe : sin θ = λ / a
Franges dans la bosse centrale : 2·⌈d / a⌉ − 1

Franges pour différentes couleurs (d = 0,25 mm, L = 2 m)

Couleur	λ, nm	Δy, mm	θ₁, °
Violet	400	3.2	0.09
Bleu	450	3.6	0.1
Vert	532	4.26	0.12
Jaune	580	4.64	0.13
Rouge	650	5.2	0.15
Rouge foncé	700	5.6	0.16

Expérience de Young en ligne : simulation des deux fentes et calculateur

Un outil interactif gratuit qui montre comment les ondes issues de deux fentes se superposent et forment des franges claires et sombres sur un écran. Modifiez l’écart des fentes, la longueur d’onde et la largeur des fentes, et observez le champ d’ondes et le graphe d’intensité. Le mode « Photons un par un » reproduit la construction de la figure à partir d’impacts isolés, et le détecteur aux fentes montre pourquoi l’information sur le chemin détruit les interférences. Un calculateur distinct détermine la position des maxima pour de vrais lasers et lampes.

Notions clés

Interférences

Superposition d’ondes cohérentes : là où les crêtes coïncident, l’onde est renforcée ; là où une crête rencontre un creux, elle s’affaiblit ou s’éteint.

d·sin θ = m·λ → maximum

Diffraction par une fente

L’onde s’étale derrière une ouverture étroite. Plus la fente est étroite, plus l’enveloppe d’intensité sous laquelle se trouvent les franges d’interférence est large.

Premier zéro : sin θ = λ / a

Cohérence

Différence de phase constante entre les ondes issues des deux fentes. Sans elle, les franges se brouillent. Un laser est cohérent, une lampe ordinaire ne l’est que partiellement.

Détecteur de chemin → les franges disparaissent

Où on l’utilise

Travaux pratiques d’optique ondulatoire au lycée et à l’université
Mesure de la longueur d’onde d’un laser à partir de l’interfrange
Interféromètres, y compris les détecteurs d’ondes gravitationnelles
Diffraction d’électrons et de neutrons par des cristaux et des fentes
Explication de la dualité onde-corpuscule et de la mesure en mécanique quantique
Revêtements antireflets et couches minces (les couleurs d’une bulle de savon)

Comment l’utiliser

En mode « Ondes », déplacez le curseur d et regardez comment l’interfrange change
Modifiez la longueur d’onde λ : la couleur et la largeur des franges changent ensemble
Rétrécissez la fente a pour voir l’enveloppe de diffraction
Passez à « Photons un par un » et observez les franges émerger des points
Activez le détecteur aux fentes et les interférences disparaissent
Dans l’onglet « Calculateur », entrez les valeurs réelles de λ, d, L, a de votre expérience

Questions fréquentes

Qu’est-ce que l’expérience des fentes de Young ?

C’est une expérience dans laquelle une onde cohérente (lumière, eau, son, mais aussi électrons ou photons) traverse deux fentes étroites et atteint un écran. Au lieu de deux taches claires, l’écran montre une alternance de franges claires et sombres — une figure d’interférence. Thomas Young a ainsi montré la nature ondulatoire de la lumière au début du XIXe siècle.

Pourquoi des franges apparaissent-elles sur l’écran ?

Chaque fente émet sa propre onde. Aux points où la différence de marche est égale à un nombre entier de longueurs d’onde (d·sinθ = mλ), les ondes se renforcent — un maximum apparaît. Là où la différence de marche est égale à un nombre demi-entier (d·sinθ = (m + ½)λ), les ondes s’annulent — un minimum apparaît.

De quoi dépend l’interfrange ?

Pour les petits angles, la distance entre franges voisines est Δy ≈ λL/d. Elle augmente avec la longueur d’onde λ et la distance à l’écran L, et diminue quand on écarte les fentes (d augmente). C’est pourquoi la lumière rouge donne des franges plus larges que la bleue.

Pourquoi deux fentes donnent-elles des franges même quand les photons arrivent un par un ?

Chaque photon atteint l’écran en un point aléatoire, mais la répartition de nombreux impacts reproduit la figure d’interférence. La probabilité d’arriver en un point est déterminée par la somme des amplitudes issues des deux fentes. En mode « Photons un par un », vous voyez les franges émerger peu à peu de points isolés.

Que se passe-t-il si l’on découvre par quelle fente la particule est passée ?

Les interférences disparaissent quand une information sur le chemin existe : au lieu de franges, deux taches qui se recouvrent se forment sur l’écran, et la figure est la somme de deux figures distinctes, une par fente. Il est important de noter qu’il s’agit de la possibilité de connaître le chemin (par exemple un détecteur à la fente), et non de la conscience d’un observateur. Activez l’option détecteur dans la simulation pour voir la différence.