Glossaire

diffraction

Lorsqu'un faisceau de lumière rencontre un objet constituant une ouverture ou un obstacle dont les dimensions sont du même ordre de grandeur que les longueurs d'onde des rayonnements qui composent ce faisceau, la projection de celui-ci sur un écran placé derrière l'objet n'obéit plus aux règles géométriques simples de dessin d'une ombre portée, mais met en évidence une déviation et une redistribution des parcours des rayons lumineux : c'est le phénomène de diffraction de la lumière (et plus généralement des rayonnements électromagnétiques). Ainsi, un faisceau traversant un diaphragme excessivement étroit ne se projettera plus ensuite comme une tache lumineuse, mais comme une série d'anneaux concentriques alternativement sombres et brillants appelés anneaux d'Airy , du nom d'un astronome anglais, sir George Biddell Airy (1801-1892) ; de même, si un faisceau rencontre un objet opaque au bord rectiligne, son parcours s'infléchira en dessinant ensuite sur l'écran des bandes alternativement sombres et brillantes, parallèles à ce bord et appelées des franges.

Le physicien français Augustin Fresnel (1788-1827) a le premier expliqué ce phénomène de diffraction en supposant que la propagation de la lumière était de nature ondulatoire : alors, l'onde lumineuse contournant un obstacle se comporte comme un ensemble de petites sources lumineuses situées sur la même surface d'onde et donc vibrant chacune de la même manière, de sorte que leurs effets peuvent tantôt s'annuler, tantôt se cumuler suivant la position du point qu'elles éclairent après l'objet. Cette capacité des oscillations synchrones à se compenser ou à s'additionner suivant la position du point où elles parviennent n'est d'ailleurs pas spécifique des rayonnements électromagnétiques et se retrouve dans tous les types de propagation ondulatoire — par exemple les ondes acoustiques, la houle... — , où elle constitue un exemple du phénomène général d'interférence entre une onde et elle-même ou entre plusieurs ondes.

Les milieux composés de très petites particules flottant dans l'atmosphèrenuages de gouttelettes ou de cristaux de glace, aérosols de cendres volcaniques... — engendrent fréquemment des phénomènes optiques par diffraction dans ces milieux de la lumière solaire ou lunaire ; outre les couronnes (dont le premier anneau extérieur va parfois jusqu'à dessiner nettement une auréole brun rouge), il est ainsi possible de citer :
 

  • les nuages irisés que le Soleil illumine de taches ou de franges vertes et rouges. Ces nuages de glace — altocumulus ou cirrocumulus (souvent lenticulaires), cirrostratus, nuages annexes de cumulus — ont une altitude élevée et se forment dans des zones d'ascendance convective ;

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  • les gloires constituant une série d'anneaux faiblement colorés autour de l'ombre portée de l'observateur (son "spectre") ou de son environnement immédiat (l'avion où il se trouve, un objet élevé sur un sommet...) sur un nuage d'eau liquide ou un brouillard. Ces phénomènes apparaissent dans la direction exactement opposée à celle du Soleil par rapport à l'observateur ;

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  • les arcs surnuméraires accompagnant un arc-en-ciel, où ils sont surtout visibles sous le sommet de l'arc-en-ciel principal.