Une modification de la fréquence d'une onde, souvent due au mouvement ou à la modulation.Un décalage de fréquence est une modification de la fréquence d'une onde, souvent causée par le mouvement relatif entre la source et l'observateur (effet Doppler) ou par une modulation temporelle du milieu. Ce phénomène est crucial en astronomie pour détecter les exoplanètes, mesurer l'expansion de l'univers et étudier la dynamique des étoiles et des galaxies. En physique, les décalages de fréquence apparaissent également en optique non linéaire, dans la détection des ondes gravitationnelles et dans les systèmes quantiques.
L'effet Doppler a été proposé par Christian Doppler en 1842 pour les ondes sonores, puis appliqué à la lumière par Hippolyte Fizeau. Le décalage vers le rouge gravitationnel a été prédit par Albert Einstein en 1916 comme conséquence de la relativité générale.
Lorsqu'une source d'ondes se rapproche d'un observateur, la fréquence observée augmente ; lorsqu'elle s'éloigne, la fréquence diminue. Le décalage est proportionnel à la vitesse relative le long de la ligne de visée. En relativité générale, les champs gravitationnels provoquent également des décalages de fréquence : la lumière qui s'extrait d'un puits gravitationnel est décalée vers le rouge. Dans les systèmes modulés, comme un réseau vibrant, la fréquence de la lumière transmise peut être décalée par la modulation de phase dépendant du temps.
Les décalages de fréquence sont utilisés dans les radars et les lidars pour mesurer la vitesse, en échographie médicale pour l'imagerie du flux sanguin, et en astronomie pour mesurer les vitesses radiales des étoiles et le dipôle du fond diffus cosmologique.
Les mesures les plus précises de décalage de fréquence permettent aujourd'hui de détecter des variations de vitesse inférieures à un millimètre par seconde, ce qui rend possible la détection d'exoplanètes de la taille de la Terre autour d'étoiles proches.
