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Diffraction

La diffraction est la diffusion d'une onde par un objet.

En effet, lorsqu'une onde rencontre un obstacle, elle est réfléchie. Lorsque la taille de l'objet est grande devant la longueur d'onde, on ne voit qu'une réflexion classique de type miroir. Mais lorsque l'objet est petit devant cette longueur d'onde, on s'aperçoit que l'intensité de l'onde varie en fonction de la direction. En fait, ce phénomène s'observe aussi sur les bords des grands objets, et sur leurs défauts de petite taille.

Plus la longueur d'une onde est grande par rapport à un obstacle, plus cette onde aura de facilité à contourner, à envelopper l'obstacle. Ainsi les grandes ondes (longueurs d'ondes hectométriques et kilométriques) peuvent pénétrer dans le moindre recoin de la surface terrestre tandis que les retransmissions de télévision par satellite ne sont possibles que si l'antenne de réception 'voit' le satellite.

Concernant l'approche calculatoire, on considère que chaque point de l'objet diffuse l'onde de manière isotrope (principe de Huygens), et on somme (ou on intègre) la contribution de chaque point. La diffraction est donc en fait le résultat de l'interférence des ondes diffusées par chaque point.

Cette notion d'interférence prend toute son ampleur lorsque l'objet a une structure périodique (réseau). Dans ce cas, l'objet peut être représenté comme une cellule élémentaire répétée à intervalles réguliers. Le résultat de l'onde est alors la superposition - l'interférence - des ondes diffractées par les différentes cellules (la cellule unitaire étant elle-même composée de points qui diffusent chacun l'onde). C'est ce phénomène qui cause l'irisation par un CD-ROM.

Au niveau de l'approche, on a donc deux niveaux d'interférence : la cellule unitaire (diffraction par une seule cellule), et entre les cellules (diffraction de l'objet complet).

Si l'on considère la diffraction par une couche mince, on a une réflexion de la lumière aux deux interfaces de la couche. La figure d'interférence obtenue (par exemple, les irisations d'une mince couche d'huile) résulte de l'interférence des ondes diffusée par les deux interfaces.

Pour simplifier les calculs, on utilise souvent la notion de produit de convolution.

Exemples typiques en acoustique :

• trompes des alarmes allongées verticalement (permet la diffusion du son horizontalement)

Exemples typiques en optique :

• diffraction par un trou (tache d'Airy)
• diffraction par une fente
• diffraction par deux trous ou deux fentes (trous d'Young ou fentes de Young)
• limitation de la taille des défauts visibles en microscopie optique

Exemples typiques en cristallographie :

• diffraction de rayons X (DRX)
• diffraction de neutrons
• diffraction d'électrons en microscopie électronique en transmission (MET)
• lignes de Kikuchi en microscopie électronique à balayage (méthode EBSD)
• spectrométrie par analyse dispersive en longueur d'onde (WDS wavelength dispersion spectrometry)