Interférométrie - Définition et Explications

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L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.

Exemples d'applications

L'interférométrie est utilisée en astronomie aussi bien avec des télescopes optiques qu'avec des radiotélescopes. Son avantage est de permettre une résolution équivalente à celle d'un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) (ou radiotélescope) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) équivalent à l'écart entre les instruments combinés. Le contraste des franges permet ensuite d'obtenir une information sur la taille de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) observé ou sur la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) angulaire entre deux objets observés (par exemple, un système étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) - planète). Cette méthode fut d'abord développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) par le français Antoine Labeyrie (Antoine Labeyrie (né en 1943) est un astronome français, professeur au Collège de France.) dans les années 1970.

On utilise couramment des interféromètres en recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) dans de nombreux domaines de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...). Par exemple, des interféromètres de Michelson ont permis de réaliser l'expérience d'interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre...) de Michelson et Morley qui a montré que la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour...) est isotrope et indépendante du référentiel, et qui a pu invalider l'hypothèse de l'éther. Des tentatives de détecter les ondes gravitationnelles (comme le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) VIRGO) l'utilisent également.

Les mesures effectuées avec des interféromètres dépendent souvent de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...). On s'en sert donc en spectrométrie pour déterminer le spectre lumineux de différentes sources de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...).

L'interférométrie est aussi utilisée pour estimer la qualité des optiques. En effet dans certaines applications, les optiques utilisées ne doivent pas avoir de "défauts" (i.e.:pas de rayures, de bosses,...), en effet, grace à la figure d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type...) obtenue l'on peut détecter les défauts d'un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) pour ainsi les corriger.

Des interféromètres sont utilisés dans la formation scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) dans le domaine de l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...).

L'interférométrie est également utilisée dans le domaine de l'acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des...) sous-marine : il existe des SONARs par interférométrie.

Quelques interféromètres

Interféromètres à division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par...) du front d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...)

On parle d'interféromètre à division du front d'onde lorsque les ondes interférant entre elles proviennent de différents points de l'onde.

La plus simple façon de réaliser des interférences est d'utiliser des fentes de Young (Les fentes de Young sont l'objet d'une expérience de physique réalisée en 1801 par Thomas Young...) qui sont simplement deux fentes côte-à-côte. Elles permettent de diviser le faisceau de lumière en deux, pour les faire ensuite interférer (un exemple d'image obtenue est donné ci-contre).

Un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) optique est constitué d'une série de fentes. Il est donc, en quelque sorte, une généralisation (La généralisation est un procédé qui consiste à abstraire un ensemble de...) des fentes de Young, car le faisceau de lumière est divisé en de nombreuses parties qui interfèrent entre elles. On considère toutefois rarement qu'il constitue à lui seul un interféromètre, mais on peut s'en servir dans des appareils tels que le goniomètre (Un goniomètre est un appareil servant à mesurer les angles.).

Interféromètres à division d'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :)

Figure d'interférences obtenue avec un interféromètre de Fabry-Pérot.
Figure d'interférences obtenue avec un interféromètre de Fabry-Pérot.

On parle d'interféromètre à division d'amplitude lorsque les ondes interférant entre elles proviennent de la division en plusieurs faisceaux de l'amplitude de l'onde sur toute sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...). Ces interféromètres sont souvent de meilleure qualité, et sont donc utilisés dans les mesures d'optique de précision.

Le principe d'un Interféromètre de Michelson est de diviser le faisceau de lumière incidente en deux, puis de déphaser un faisceau par rapport à l'autre, et enfin de les faire interférer : il s'agit d'interférences à deux ondes.

L'Interféromètre de Mach-Zehnder et l'interféromètre de Sagnac fonctionnent sur le même principe que le précédent, mais leur design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets,...) est différent.

Un interféromètre de Fabry-Pérot est constitué de deux lames parallèles entre lesquelles la lumière effectue des allers-retours, et les faibles fractions qui en ressortent à chaque aller-retour interfèrent entre elles : il s'agit d'interférences à ondes multiples.

Le prisme de Wollaston peut-être utilisé pour réaliser une interférométrie.

Interféromètres dans le monde (Le mot monde peut désigner :)

Interféromètres radio

  • le radiohéliographe de Nançay (Cher, France), dédié à l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de la couronne solaire (La couronne solaire est la partie de l'atmosphère du Soleil située au-delà de la chromosphère...), en ondes radio-métrique (CNRS, Osbervatoire de Paris/Meudon et ENS)
  • l'interféromètre du plateau de Bure (Alpes, France), observant en ondes millimétriques,

principalement autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 115 et 230 GHz (IRAM)

  • le VLA aux USA, près de Socorro
  • l'ATCA en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de...)
  • Allen Telescope Array (ATA), Lassen Volcanic National Park, USA

Interféromètres à ondes gravitationnelles

  • Interféromètre VIRGO

Interféromètres optiques

Voir l'article : interféromètre optique à longue base
Interféromètres optiques à longue base en service en 2005. Sont donnés le nom, la localisation, le nombre de télescopes N, la ligne de base maximale B et la longueur d'onde λ.
nom
 
localisation
 
N
 
B
m
λ
(µm)
Grand interféromètre à 2 Télescopes (GI2T) Côte d'Azur France 2 70 0,40–0,80
> 1,2
Infrared Spatial Interferometer (ISI) Mont Wilson, USA 3 30 10
Cambridge Optical Aperture Synthesis Telescope (COAST) Cambridge, Royaume-Uni 5 65 0,40–0,95
1,2-1,8
Sydney University Stellar Interferometer (SUSI) Narrabri, Australie 2 640 0,40–0,9
Infrared Optical Telescope Array (IOTA) Mont Hopkins, USA 3 38 1,2–2,2
Navy Prototype Optical Interferometer (NPOI) Anderson Mesa, USA 6 435 0,45–0,85
Palomar Testbed Interferometer (PTI) Mont Palomar, USA 2 110 1,5–2,4
Mitaka optical-Infrared Array (MIRA-I) Tokyo, Japon 2 4 0,8
Center for High Angular Resolution Astronomy Array (CHARA-Array) Mont Wilson, USA 6 350 0,45–2,4
Keck Interferometer (KI) Mauna Kea, USA 2 80 2,2–10
Very Large Telescope Interferometer (VLTI) Cerro Paranal, Chili 3 200 1,2–13
Large Binocular Telescope (LBT) Mont Graham, USA 2 23 0,4–400

Interférométrie en télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition...)

Le terme interférométrie, en télédétection active (imagerie à partir d'un radar), désigne la technique ou les méthodes utilisant au moins deux images complexes* d'un radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la...) à synthèse d'ouverture (RSO) (SAR ou Synthetic Aperture Radar en anglais), afin d'obtenir des informations supplémentaires sur les objets présents dans une seule image RSO, en exploitant l'information contenue dans la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) RSO. Cette technique trouve des applications directes en géophysique grâce à sa capacité de déceler des déplacements d'ordre centimétrique.

* une image radar brute est dite complexe, lorsqu'elle possède une amplitude et une phase

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