Diffraction | Terminale Bac Pro (Grpt 4) | Physique
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Notion complémentaire — poursuite d'études
La diffraction est une notion complémentaire (BTS photographie, audiovisuel…), non évaluée en CCF. Ces exercices ciblés servent à travailler chaque savoir-faire séparément.
Capacités et connaissances travaillées :
C1 – Reconnaître et décrire une situation de diffraction
C2 – Exploiter la relation \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) (calcul de \(\theta\), de \(a\) ou de \(\lambda\))
C3 – Convertir les unités de longueur (nm, µm, mm, m)
C4 – Analyser qualitativement l'influence de \(a\) et de \(\lambda\)
C5 – Estimer un ordre de grandeur (quand la diffraction est notable)
C1 — Reconnaître et décrire une situation de diffraction
La diffraction se produit lorsqu'une onde traverse une ouverture (ou rencontre un obstacle) dont la taille est comparable à sa longueur d'onde \(\lambda\). Elle prouve le caractère ondulatoire de la lumière.
Une onde plane traverse une fente de largeur a puis s'ouvre derrière la fente : c'est la diffraction.
Exercice 1
Dans chaque cas, indiquer s'il s'agit d'une situation de diffraction : a) un faisceau laser traverse une fente très fine et forme des taches sur un écran ; b) une bille roule en ligne droite sur une table.
a) Oui : une onde lumineuse traverse une ouverture fine et s'étale → diffraction.
b) Non : une bille n'est pas une onde ; il n'y a pas de diffraction.
Exercice 2
Décrire l'aspect de la figure de diffraction obtenue quand un laser monochromatique traverse une fente fine (tache centrale, taches secondaires, zones sombres).
On observe une tache centrale très lumineuse et large, entourée de taches secondaires de plus en plus faibles, séparées par des zones sombres (minima d'intensité).
Exercice 3
Un acousticien constate qu'on entend une conversation depuis la pièce voisine, même sans être face à la porte. Quel phénomène l'explique ? La diffraction concerne-t-elle uniquement la lumière ?
C'est la diffraction du son par l'ouverture de la porte. La diffraction concerne toutes les ondes (lumière, son…), pas seulement la lumière.
Exercice 4
Expliquer pourquoi la diffraction est présentée comme une preuve du caractère ondulatoire de la lumière.
Si la lumière n'était qu'un ensemble de rayons rectilignes, elle traverserait la fente sans s'étaler. L'étalement observé (figure de diffraction) ne s'explique que par le modèle ondulatoire : la diffraction prouve donc le caractère ondulatoire de la lumière.
C2 — Exploiter la relation \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\)
\(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) — \(\theta\) : demi-angle de diffraction (rad) ; \(\lambda\) : longueur d'onde (m) ; \(a\) : largeur de la fente ou du fil (m).
On peut isoler chaque grandeur : \(a = \dfrac{\lambda}{\theta}\) et \(\lambda = \theta \times a\). Les longueurs doivent être en mètres.
Exercice 1
Un laser rouge (\(\lambda = 6{,}0 \times 10^{-7}\ \text{m}\)) traverse une fente de largeur \(a = 3{,}0 \times 10^{-4}\ \text{m}\). Calculer le demi-angle de diffraction \(\theta\).
Un laser vert de longueur d'onde \(\lambda = 532\ \text{nm}\) éclaire une fente de largeur \(a = 0{,}20\ \text{mm}\). Convertir en mètres puis calculer \(\theta\).
Dans un dispositif de mesure optique, un laser (\(\lambda = 650\ \text{nm}\)) éclaire un fil fin. On mesure \(\theta = 1{,}3 \times 10^{-2}\ \text{rad}\). Calculer le diamètre \(a\) du fil.
Un laser inconnu éclaire une fente de largeur \(a = 1{,}0 \times 10^{-4}\ \text{m}\). On mesure \(\theta = 6{,}3 \times 10^{-3}\ \text{rad}\). Déterminer la longueur d'onde \(\lambda\) (en m puis en nm). De quelle couleur s'agit-il probablement ?
On isole \(\lambda\) : \(\lambda = \theta \times a\).
\[\lambda = 6{,}3 \times 10^{-3} \times 1{,}0 \times 10^{-4} = 6{,}3 \times 10^{-7}\ \text{m} = 630\ \text{nm}\]
λ = 630 nm, ce qui correspond à une lumière rouge.
Exercice 5
Un technicien en microtechniques éclaire une fente de largeur \(a = 1{,}5 \times 10^{-4}\ \text{m}\) avec un laser de longueur d'onde \(\lambda = 633\ \text{nm}\). Calculer \(\theta\), puis convertir ce demi-angle en degrés (\(1\ \text{rad} \approx 57{,}3°\)).
Exprimer les résultats suivants dans l'unité demandée : a) \(\lambda = 6{,}3 \times 10^{-7}\ \text{m}\) en nm ; b) \(a = 5{,}0 \times 10^{-5}\ \text{m}\) en µm.
À \(\lambda\) fixée : une fente étroite (petit a) diffracte beaucoup plus qu'une fente large.
Exercice 1
On garde le même laser mais on remplace une fente par une fente plus étroite. La tache centrale devient-elle plus large ou plus étroite ? Justifier avec \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\).
Si \(a\) diminue, alors \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) augmente : la figure est plus étalée. La tache centrale devient plus large.
Exercice 2
On garde la même fente mais on remplace un laser bleu (\(\lambda \approx 470\ \text{nm}\)) par un laser rouge (\(\lambda \approx 630\ \text{nm}\)). La figure devient-elle plus étalée ou moins étalée ? Justifier.
Le rouge a une longueur d'onde plus grande que le bleu. À \(a\) fixé, \(\theta\) augmente avec \(\lambda\) : la figure devient plus étalée avec le laser rouge.
Exercice 3
À longueur d'onde fixée, une fente est remplacée par une fente deux fois plus étroite. Par combien le demi-angle \(\theta\) est-il multiplié ?
\(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) : \(\theta\) est inversement proportionnel à \(a\). Si \(a\) est divisé par 2, alors \(\theta\) est multiplié par 2.
Exercice 4
En fermant le diaphragme d'un appareil photo, on réduit l'ouverture \(a\). Expliquer pourquoi cela augmente l'étalement dû à la diffraction et peut rendre l'image moins nette.
Réduire \(a\) augmente \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) : la lumière s'étale davantage. Cet étalement par diffraction limite la finesse des détails et peut rendre l'image moins nette.
C5 — Estimer un ordre de grandeur
La diffraction est notable quand l'ouverture \(a\) est du même ordre de grandeur que \(\lambda\), ou plus petite.
• Si \(a \gg \lambda\) : pas de diffraction visible (propagation quasi rectiligne).
• Si \(a \approx \lambda\) (ou \(a \lt \lambda\)) : diffraction importante.
Exercice 1
La lumière visible a une longueur d'onde d'environ \(0{,}5\ \mu\text{m}\). Pour laquelle de ces ouvertures observe-t-on une diffraction nette : une porte de \(1\ \text{m}\) ou une fente de \(0{,}1\ \text{mm}\) ? Justifier.
La fente de \(0{,}1\ \text{mm}\) : \(a = 1 \times 10^{-4}\ \text{m}\), petit, permet une diffraction nette. La porte (\(1\ \text{m}\)) vérifie \(a \gg \lambda\) : la lumière passe en ligne droite, pas de diffraction visible.
Exercice 2
Le son a une longueur d'onde de l'ordre de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres. Expliquer pourquoi le son est fortement diffracté par une porte (largeur \(\approx 1\ \text{m}\)), alors que la lumière ne l'est pas.
Pour le son, \(\lambda\) est comparable à la largeur de la porte (\(\approx 1\ \text{m}\)) : \(a \approx \lambda\), donc forte diffraction. Pour la lumière, \(\lambda \approx 0{,}5\ \mu\text{m} \ll 1\ \text{m}\) : \(a \gg \lambda\), pas de diffraction visible.
Exercice 3
La lumière visible a \(\lambda \approx 0{,}5\ \mu\text{m} = 5 \times 10^{-7}\ \text{m}\). Parmi ces ouvertures, indiquer celles qui donnent une diffraction notable : (i) \(a = 2\ \text{mm}\), (ii) \(a = 0{,}01\ \text{mm}\), (iii) \(a = 1\ \mu\text{m}\). Justifier en comparant chaque \(a\) à \(\lambda\).
Réponse : (ii) et (iii) donnent une diffraction notable.
Exercice 4
Un opérateur en mesure optique veut diffracter un faisceau laser visible pour mesurer un objet. Doit-il choisir un objet de taille millimétrique ou de taille micrométrique pour obtenir une figure de diffraction bien étalée ? Justifier.
Il doit choisir un objet de taille micrométrique : plus \(a\) est petit (proche de \(\lambda \approx 0{,}5\ \mu\text{m}\)), plus \(\theta = \dfrac{\lambda}{a}\) est grand, donc plus la figure est étalée et facile à exploiter. Un objet millimétrique (\(a \gg \lambda\)) donnerait une diffraction quasi imperceptible.