Superposition et interférences

Quand deux ondes se croisent dans un même milieu, elles obéissent au principe de superposition : l'élongation résultante en un point est simplement la somme des élongations que chaque onde produirait seule à cet endroit. Après leur rencontre, les deux ondes repartent chacune inchangée, comme si elles ne s'étaient jamais croisées. C'est une propriété remarquable, valable tant que les amplitudes restent modérées.

Lorsque deux ondes de même fréquence et de même amplitude se superposent, on parle d'interférences. Le résultat dépend de leur différence de marche, c'est-à-dire de la différence des distances parcourues depuis chaque source jusqu'au point considéré. Si cette différence de marche vaut un nombre entier de longueurs d'onde (0, λ, 2λ...), les deux ondes arrivent en phase : leurs crêtes coïncident, l'amplitude résultante est maximale. C'est une interférence constructive.

Si la différence de marche vaut un nombre entier de longueurs d'onde plus une demi-longueur d'onde (λ/2, 3λ/2...), les deux ondes arrivent en opposition de phase : la crête de l'une coïncide avec le creux de l'autre, elles s'annulent presque complètement. C'est une interférence destructive. Entre ces deux cas extrêmes, on observe toutes les situations intermédiaires, ce qui donne naissance aux célèbres franges ou zones d'annulation qu'on observe à la surface de l'eau avec deux sources vibrant en phase.

En acoustique, ce phénomène explique pourquoi certaines zones d'une salle de concert semblent plus faibles ou plus fortes selon la position : les ondes sonores réfléchies par les murs interfèrent avec le son direct. C'est aussi le principe utilisé dans les casques à réduction de bruit, qui génèrent une onde en opposition de phase avec le bruit ambiant pour l'annuler localement.

Attention à une idée reçue fréquente : les interférences ne détruisent pas l'énergie lors d'une annulation destructive. L'énergie totale du système se retrouve simplement redistribuée ailleurs, vers les zones d'interférence constructive. Rien ne se perd, tout se déplace.

interference constructive (phase = phase)      interference destructive (opposition)

onde 1:  /\  /\  /\                             onde 1:  /\  /\  /\
onde 2:  /\  /\  /\                             onde 2:  \/  \/  \/
         --------------                                  --------------
somme :  amplitude doublee                      somme :  amplitude ~ 0 (annulation)
(les crêtes s'additionnent)                     (crête + creux s'annulent)