Cours : Les couleurs

La décomposition de la lumière

Lumière polychromatique

Lorsqu’on chauffe un objet à très haute température, il émet de la lumière. C’est ce qui arrive par exemple au filament d’une ampoule. Nous savons que la lumière blanche peut être décomposée en une multitude de couleurs par un prisme. Cette décomposition est appelée un spectre lumineux.

C’est exactement le phénomène observable dans la nature lors de la formation d’un arc-en-ciel.

À retenir

On dit que la lumière blanche a un spectre continu car elle se décompose en un dégradé ininterrompu allant du violet au rouge.

Spectre de la lumière visible (lumière blanche)

Parce qu’elle est composée de plusieurs couleurs, la lumière blanche est qualifiée de polychromatique.

Définition

Lumière polychromatique :

Une lumière polychromatique est composée de plusieurs radiations lumineuses.

Au sens physique, la lumière est une onde électromagnétique.

Définition

Onde électromagnétique :

Une onde électromagnétique, ou rayonnement électromagnétique, est une émission d’énergie difficile à cerner. Elle est la cause de trois phénomènes :

• l’émission d’un champ magnétique (dont la fréquence de vibration se mesure en Hertz) ;
• l’émission d’un courant électrique de faible intensité (lequel se mesure en électronvolt) ;
• l’aspect corpusculaire : l’onde électromagnétique est due à l’émission de particules nommées photons.

Lumière monochromatique

Dans le cas d’un LASER, la lumière est composée d’une seule couleur et ne peut pas être décomposée par un prisme, on parle de lumière monochromatique.

Définition

Lumière monochromatique :

Une lumière monochromatique n’est composée que d’une seule radiation.

Spectre d’un LASER rouge

Spectres d’émission et d’absorption

Rappel

Lors de l’étude des rayonnements lumineux, ils sont décomposés à travers une fente ou un réseau, on peut observer leur spectre. Il est constitué de raies de couleurs sur fond noir. C’est un spectre d’émission.

Spectre d’émission de l’hélium

Le spectre d’émission d’un gaz est complémentaire avec son spectre d’absorption, obtenu quant à lui lorsqu’on excite le gaz à l’aide d’une source de lumière blanche.

Propriété

Principe physique des spectres d’émission et d’absorption :

Les spectres d’absorption et d’émission sont caractéristiques des atomes et permettent de les identifier.

La synthèse des couleurs

Généralités

La synthèse de toutes les couleurs se fait à partir de trois couleurs de base appelées couleurs primaires. Le mélange de deux couleurs primaires donne une couleur secondaire.

L’addition des trois couleurs primaires permet d’obtenir, selon les proportions de chacune, toutes les autres couleurs. Néanmoins, il faut savoir faire la distinction entre synthèse additive et synthèse soustractive.

La synthèse additive

Définition

Synthèse additive :

La synthèse additive est la combinaison d’au moins deux sources lumineuses de couleur différentes qui permet d’obtenir une multitude de nouvelles couleurs.

Couleurs primaires et secondaires de la synthèse additive

Dans le cas de la synthèse additive, les trois couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu. Si l’on additionne les trois couleurs en même proportion on obtient du blanc.

Exemple

• En informatique, on peut désigner une couleur par son code RVB, c’est-à-dire par les quantités de rouge, de vert et de bleu qui la composent.
• C’est sur le principe de la synthèse additive que fonctionnent les écrans (LCD, Smartphone). Un écran est subdivisé en très petits carrés, les pixels, invisibles mais dont l’œil peut percevoir la couleur.

Synthèse soustractive

Définition

Synthèse soustractive :

La synthèse soustractive est la superposition de filtres colorés pour obtenir une nouvelle couleur.

Couleurs primaires et secondaires de la synthèse soustractive

Dans le cas de la synthèse soustractive, les trois couleurs primaires sont le cyan, le magenta et le jaune.

C’est le principe utilisé en imprimerie ; les imprimantes de bureau à jet d’encre fonctionnent sur la base de la synthèse soustractive.

Couleurs complémentaires

Définition

Couleurs complémentaires :

Deux couleurs sont complémentaires si par leur synthèse additive, ou soustractive, on obtient du blanc, ou du noir.

Les spectres de deux couleurs complémentaires se complètent pour former le spectre de la lumière blanche.

• Pour trouver facilement la couleur complémentaire d’une couleur on utilisera un cercle chromatique. La complémentaire à une couleur est celle située à son exact opposé sur le cercle.

Exemple

Par exemple, le vert est complémentaire du magenta.

La perception des couleurs

Cas de l’œil

L’œil permet de percevoir les rayons lumineux et de les interpréter, grâce au cerveau, comme des images.

Définition

Trichromie :

La trichromie est le nom que l’on donne à la synthèse additive des couleurs par l’œil.

Les images se forment sur la rétine qui est tapissée de deux types de cellules sensibles à la lumière :

• les bâtonnets, sensibles à l’intensité lumineuse mais pas aux couleurs, détectent également le mouvement et permettent de voir même en cas de luminosité très faible ;
• les cônes, sensibles aux couleurs, sont spécialisés dans l’une des trois couleurs primaires : les cônes bleus, verts et rouges

Le cerveau traite les informations émises par les cônes pour colorer les images perçues grâce aux bâtonnets.

Attention

La perception d’une couleur et très subjective et peut varier sensiblement d’une personne à l’autre.

Exemple

Par exemple, dans le daltonisme, il y a un défaut de perception des couleurs par déficience d’un ou plusieurs types de cône.

Couleur spectrale et couleur perçue

Définition

Couleur spectrale :

Une couleur spectrale est une couleur composée d’une seule raie sur le spectre issu de la décomposition de la lumière blanche.

Il est possible d’isoler sept grandes couleurs à partir de la lumière blanche, les couleurs de l’arc en ciel : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge.

La couleur perçue est la couleur que l’on a l’impression de voir. Mais d’un point de vue spectral, les choses sont souvent plus complexes et la couleur que l’on croyait monochromatique est en fait composée d’une multitude de raies lumineuses centrées sur la couleur perçue.

Dans les exemples ci-dessous, on peut voir une couleur spectrale verte et une couleur perçue verte :

Couleur d’un objet

Mais la lumière est rarement perçue en tant que telle, le plus souvent, nous la voyons parce que les objets qui nous entourent la renvoient vers nous.

À retenir

La lumière peut interagir avec les objets de trois manières différentes :

• elle peut être en partie absorbée par eux, c’est l’absorption ;
• elle peut être partiellement renvoyée par eux et l’est alors dans toutes les directions, c’est la diffusion ;
• elle peut traverser l’objet si celui-ci est transparent, c’est la transmission.

La couleur d’un objet dépendra de la lumière absorbée, de la lumière incidente et de l’observateur.

Exemple

Prenons par exemple, un stylo bleu dont le corps serait transparent :

• En lumière blanche, les parties opaques du stylo absorbent le rouge, le vert et diffusent le bleu. C’est pour cela que nous voyons le capuchon bleu. Le corps du stylo laisse passer les rayons lumineux, c’est pour cela que l’on voit à travers lui.

Stylo bleu

• S’il était éclairé par une lumière rouge, ce stylo serait vu noir car l’objet absorbe le rouge mais ne peut pas renvoyer de lumière bleue faute d’en recevoir.

Stylo noir