Interférométrie

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

Interférométrie sur le site du Very Large Array (Nouveau-Mexique).

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 (ou radiotélescope) de diamètre équivalent à l'écart entre les instruments combinés. Le contraste des franges permet ensuite d'obtenir une information sur la taille de l'objet observé ou sur la séparation angulaire entre deux objets observés (par exemple, un système étoile - planète). Cette méthode fut d'abord décrite par Hippolyte Fizeau vers 1850^[1], puis lancée par Albert Michelson en 1920 avant d'être développée par Antoine Labeyrie dans les années 1970.

On utilise couramment des interféromètres en recherche dans de nombreux autres domaines de la physique. Par exemple, des interféromètres de Michelson ont permis de réaliser l'expérience d'interférométrie de Michelson et Morley qui a montré que la vitesse de la lumière 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 VIRGO) l'utilisent également.

Les mesures effectuées avec des interféromètres dépendent souvent de la longueur d'onde. On s'en sert donc en spectrométrie pour déterminer le spectre lumineux de différentes sources de lumière.

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" (c-à-d : pas de rayures, de bosses, …). Ainsi, grâce à l'obtention d'une figure d'interférence, il est possible de détecter les défauts d'un verre pour les corriger.

Des interféromètres sont utilisés dans la formation scientifique dans le domaine de l'optique.

L'interférométrie est également utilisée dans le domaine de l'acoustique sous-marine : il existe des SONARS par interférométrie.

Quelques interféromètres

Interféromètres à division du front d'onde

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 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 optique est constitué d'une série de fentes. Il est donc, en quelque sorte, une généralisation 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.

Interféromètres à division d'amplitude

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. 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 conception est différente.

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

Un autre interféromètre à ondes multiples est celui de Gires-Tournois, constitué d'une seule lame aux faces parallèles particulièrement réfléchissantes, l'une étant traitée pour qu'elle le soit quasi-parfaitement. Un faisceau lumineux parvenant par la face opposée à cette dernière est encore divisé, par réfractions et réflexions successives, en un ensemble d'ondes, dont l'interférence peut être observée du côté éclairé.

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

Interféromètres dans le monde

Interféromètres radio

le radiohéliographe de Nançay (Cher, France), destiné à l'observation de la couronne solaire, en ondes radio-métrique (CNRS, Observatoire de Paris/Meudon et ENS)
l'interféromètre du plateau de Bure (Alpes, France), observant en ondes millimétriques, principalement autour de 115 et 230 GHz (IRAM)
le VLA aux États-Unis, près de Socorro
l'ATCA en Australie
Allen Telescope Array (ATA), Lassen Volcanic National Park, É.-U.
l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) en cours de construction au Chili, dans les domaines millimétrique et submillimétrique

Interféromètres à ondes gravitationnelles

Interféromètre VIRGO

Interféromètres optiques

Voir l'article : interféromètre optique à longue base

*Interféromètres optiques à longue base en service en 2014. 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)
Infrared Spatial Interferometer (ISI)	Mont Wilson, É.-U.	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
Navy Prototype Optical Interferometer (NPOI)	Anderson Mesa, É.-U.	6	435	0,45–0,85
Mitaka optical-Infrared Array (MIRA-I)	Tôkyô, Japon	2	4	0,8
Center for High Angular Resolution Astronomy Array (CHARA-Array)	Mont Wilson, É.-U.	6	350	0,45–2,4
Very Large Telescope Interferometer (VLTI)	Cerro Paranal, Chili	4	200	1,2–13
Large Binocular Telescope (LBT)	Mont Graham, É.-U.	2	23	0,4–400

Interférométrie en télédétection

Le terme interférométrie, en télédétection active (imagerie à partir d'un radar), désigne la technique ou les méthodes utilisant au moins deux images complexes^[2] d'un radar 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 du signal RSO. Cette technique trouve des applications directes en géophysique grâce à sa capacité de déceler des déplacements d'ordre centimétrique.

L'interférométrie est aussi utilisée en télédétection passive (radiométrie). Le radiomètre MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis)^[3], embarqué à bord du satellite SMOS, permet de mesurer l'humidité des sols et la salinité de surface des océans dans la bande L selon ce principe.

Notes et références

↑ Cours d'astrophysique observationnelle d'Antoine Labeyrie au Collège de France du 3 février 2009
↑ une image radar brute est dite complexe, lorsqu'elle possède une amplitude et une phase
↑ MIRAS sur le site Web de l'ESA

Voir aussi

Liens externes

une vidéo explicative sur l'interféromètre de Michelson
(fr) Tours du monde, tours du ciel, dans le cadre du programme "La nuit des étoiles" sur Arte

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