Chapitre 1 - Lumières colorées et couleurs des objets

Dans le monde qui nous entoure, on trouve de nombreuses lumières colorées ; celles-ci peuvent être obtenues avec des lampes spéciales (comme l’éclairage urbain, qui est souvent orange), ou par l’ajout de filtres colorés placés devant des lampes “courantes”.

1.Lumières colorées, lumière blanchePour comprendre pourquoi une lumière nous apparaît colorée, il est important de comprendre ce qu’est de la “lumière blanche”.

Un objet qui émet de la lumière blanche nous apparaît blanc, bien sûr (sauf si un “filtre” est placé entre l’objet et notre œil  ; l’atmosphère, par exemple). La source de lumière blanche par excellence est le Soleil, mais aussi les lampes à incandescence.

Il est possible de décomposer la lumière, en utilisant un prisme de verre. C’est l’expérience qu’a faite - et surtout comprise - Isaac NEWTON (1643-1727) en 1666  : Récit  : Sur le trajet d’un fin faisceau de lumière de Soleil, il place un prisme de verre, et observe une figure colorée aux couleurs de l’arc-en-ciel. D’autres observations l’amènent à conclure que la lumière blanche est en fait constituée d’une multitude de lumières colorées, dont notre œil fait “l’amalgame”.

La figure colorée obtenue est appelée le spectre de la lumière blanche  : c’est un spectre continu qui va du rouge profond au violet.

On peut obtenir plus simplement un spectre de lumière en plaçant un réseau1 au lieu d’un prisme sur le trajet du faisceau fin.

Dans le spectre de la lumière blanche, on distingue, pour simplifier, trois grandes parties : la partie rouge, la partie verte et la partie bleue du spectre de la lumière blanche.

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1 Un réseau est une surface sur laquelle ont été percées de très nombreuses fentes verticales parallèles, équidistantes et très rapprochées. Sur le réseau utilisé en classe, il y avait 500 fentes par millimètre.

“reconstitution” de lʼexpérience de Newton (en haut, à droite : le prisme de verre)

(image non truquée)

le spectre de la lumière blanche obtenu lors de cette expérience

(image non truquée)

2.Lumière transmise par un filtre coloréQuand on place un filtre coloré sur le trajet d’un faisceau de lumière, il modifie la lumière.

En effet, un filtre coloré absorbe toujours une partie du spectre de la lumière blanche, et transmet le reste du spectre.

On le comprend en décomposant (avec un réseau) la lumière transmise transmise par le filtre (se rappeler les observations faites en classe).

Exemples des filtres de couleurs primaires :

- un filtre rouge primaire absorbe les parties bleue et verte, et transmet la partie rouge du spectre de la lumière blanche.

- un filtre vert primaire absorbe les parties rouge et bleue, et transmet la partie verte du spectre de la lumière blanche.

- un filtre bleu primaire absorbe les parties rouge et verte et transmet la partie bleue du spectre de la lumière blanche.

Les filtres colorés de couleurs primaires absorbent complètement les deux parties “complémentaires” du spectre (exemple  : le filtre rouge primaire absorbe complètement les parties verte et bleue). En revanche, les filtres colorés d’autres couleurs absorbent partiellement (et plus ou moins) certaines zones du spectre  ; il en résulte donc des couleurs très variées, et plus ou moins foncées, pour les filtres.

3.Lumière diffusée par un objet coloréLe raisonnement est le même que pour les filtres, sauf que l’objet diffuse2 la lumière.

Un objet coloré absorbe donc une partie de spectre de la lumière blanche, et diffuse le reste du spectre.

Exemples simples :

- Un objet vert primaire absorbe les parties rouge et bleue, et diffuse la partie verte du spectre de la lumière blanche.

- Un objet blanc diffuse tout le spectre de la lumière blanche.

- Un objet noir absorbe (presque à 100 %) tout le spectre de la lumière blanche.

4.Superposition de lumières coloréesExpérience  : On projette sur un même écran blanc plusieurs faisceaux de lumières colorées (deux ou trois).

On utilise des faisceaux de couleurs primaires.

Schéma :

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2 Rappel : “diffuser” la lumière signifie “renvoyer la lumière dans toutes les directions”.

source ponctuellerouge primaire

source ponctuellevert primaire

source ponctuellebleu primaire

écran

Observations :

Elles sont résumées dans le tableau ci-dessous :

rouge primaire

vert primaire

bleu primaire

couleur de la lumière diffusée par lʼécran

couleurs des faisceaux de

lumière projetés

X X jaune

X X magenta

X X cyan

X X X blanc

On obtient donc de nouvelles couleurs par superposition de lumières colorées.

Les couleurs obtenues en utilisant des faisceaux de couleurs primaires sont appelées les couleurs secondaires3 : le jaune, le magenta, le cyan.

Quand on projette les trois couleurs primaires à la fois, l’écran diffuse de la lumière blanche. C’est normal, puisqu’il diffuse les trois parties du spectre de la lumière blanche.

Cette méthode d’obtention de lumière colorée est appelée synthèse additive de couleurs (puisqu’on ajoute - ou “additionne” - plusieurs lumières colorées sur un même support).

C’est cette méthode qui est utilisée pour la reproduction des couleurs sur les téléviseurs : chaque point de l’écran, appelé pixel, est composé de trois luminophores : l’un est rouge primaire, un autre vert primaire, le dernier bleu primaire. Comme l’observateur est assez éloigné de l’écran, il ne différencie pas les trois luminophores, mais ne voit qu’un seul point (le pixel). En faisant varier l’intensité lumineuse des différents luminophores, on peut donc reconstituer des milliers, voire des millions, de couleurs différentes.

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3 Remarque  : en Arts Plastiques ces couleurs sont souvent appelées “couleurs primaires” car ce sont les couleurs de base. Il sʼagit alors dʼobtenir de nouvelles couleurs en mélangeant des matières colorées, ce qui est complètement différent de ce que nous avons fait ici.

le téléviseur de la salle de classe,diffusant une image blanche

gros plan sur lʼécran diffusant cette image(comme la couleur à reproduire est le blanc, les trois luminophores sont pleinement lumineux)