Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Partie 1 : Représentation visuelle du monde

1/ Histoire et composition des pigments

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Questions : 1/ Quel est le sens des mots : Hématite, lapis-lazulli, indigo, garance ? ……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………... 2/ A quelle époque se développent les pigments de synthèse ? …………………………………………… 3/ Quelles sont les deux familles de pigments ? …………………………………………………………… 4/ Citer un paramètre qui peut modifier la couleur d’un pigment ? …………………………………….. 5/ Recherche sur internet, un pigment qui était produit dans la région de cocagne, près de Toulouse ? ……………………………………………………………………………………………………………………...6/ Recherche les raisons du déclin de secteur économique lié à la production de ce pigment de cette région. ……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………...

2/ Des substances colorées utilisées en art

A/ Pigments et colorants

Une matière est colorée si elle absorbe dans le visible. (entre 400 et 800 nm de longueur d’onde)

La peinture, le théatre, le cinéma, le design alimentaire sont des arts dans lesquels la couleur occupe une place importante.

Afin de colorer un objet, on peut faire appel à 2 types de substances :

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

A l’origine, jusqu’au début du XIXème siècle, colorants et pigments étaient d’origine ……………….. : Les pigments d’origine minérale (roches, terres…) et les colorants d’origine animale ou végétale. Peu à peu, la chimie de …………………….. a permis de produire des colorants et pigments plus variés et en plus grandes quantités.

B/ Mise en évidence des pigments et des colorants

Une peinture comporte en général trois composants principaux : Le pigment, qui donne sa couleur et l’opacité (terre de sienne, rouge

de cochenille, mauvéine…) Le liant ou médium, qui lie le pigment et donne la consistance et la

transparence (huile de lin, gomme arabique, blanc d’œuf…) Le diluant ou le solvant qui rend la peinture liquide et en facilite

l’application (essence de térébentine, white spirit, eau….) Après application, le diluant s’évapore (eau, white spirit) ou siccative (huile) et la peinture durcit.

Les pigments d’une peinture peuvent donc être mis en évidence par filtration. Exemples de compositions de peintures

Pigment Liant Diluant

Noir de carbone Jaune d’oeuf Essence de thérébentine

Oxyde de fer Blanc d’œuf White spirit

Oxyde de zinc Huile de lin Eau

Les colorants Ce sont des molécules …………….. dans le milieu qu’elles colorent. Exemples : ……………………………………...

Les pigments Ce sont des molécules ……………….. dans le milieu qu’elles colorent. C’est une poudre. Exemples : ……………………………………

Différence La différence essentielle entre un pigment et un colorant est que le pigment est ……………….. dans le milieu qu’il colore. On dit qu’il est en ………………………….

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On a extrait le colorant présent sur quelques bonbons M et M’s. Matériel à disposition : colorants, éluant (eau salée), plaque de chromatographie, cure-dents, cuve à chromatographie. Propose une expérience afin de déterminer la composition des différents colorants afin de savoir en particulier s’il s’agit de corps purs ou de mélanges homogènes. Tu réaliseras un schéma et tu noteras toutes tes observations et tes conclusions. Rappels :

Mélange homogène : On peut distinguer un seul constituant à l'œil nu. (Ex : eau du robinet).

≠ Corps pur : On peut distinguer un seul constituant au niveau microscopique: la MOLECULE.

(Ex : eau déminéralisée).

Conclusion :

La chromatographie est une technique de séparation des mélanges (homogènes / hétérogènes).

Elle est basée sur l’affinité des constituants du mélange avec l’…………… (liquide qui monte dans le

papier) et le support papier.

Si on ne voit apparaître qu’une tache, la substance est un (corps pur / mélange).

Si on voit apparaître plusieurs tâches, la substance est un (corps pur / mélange).

Cadre réponse

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

C/ paramètres pouvant influer sur la couleur

Expérience : Vous disposez du jus de cuisson d’un chou rouge, de l’acide chlorhydrique, de la soude et des tubes à essais. 1/ La substance colorée est-elle un pigment ou un colorant ? …………………………………………… 2/ Quel paramètre pouvez-vous faire varier avec la soude et l’acide chlorhydrique ? ………………. 3/ Réalise l’expérience 4/ Note tes observations 5/ Conclusion

Autres paramètres pouvant influer sur la couleur :

Le taux d’humidité ou hygrométrie : En présence d’eau ou d’humidité, le sulfate de cuivre anhydre blanc devient Bleu. En présence d’eau ou d’humidité, le chlorure de cobalt anhydre bleu devient rose.

La température : Les pigments sensibles à la température sont dits thermochromes (cristaux liquides, pigments thermochromes utilisés comme indicateurs de gel sur les routes, encres thermochromes pour lutter contre la contrefaçon, pastille du frigo…)

L’exposition à la lumière : Le pigment jaune utilisé par Van Gogh dépend de l’exposition à la lumière

L’association de plusieurs pigments et/ou colorants.

Cadre réponse

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3/ Mélange de couleurs

Observe le spectre de la lumière du soleil (lumière blanche) avec un spectroscope (réseau + fente).

A retenir : La lumière visible est une ………………………………………. dont la longueur d’onde est située entre ………. nm et ………. nm. La lumière émise par le soleil ou une lampe à incandescence est appelée lumière …………….. : Elle est composée d’une infinité de ……………….. (couleurs de l’arc en ciel du violet au rouge). Elle peut être décomposée par un ……………… ou un …………………...

Cette lumière est dite …………………………… car elle est composée de plusieurs couleurs ( …………………………….). Ce que l’on observe sur un écran est le…………….. de la lumière blanche. Voici le spectre de la lumière blanche :

Couleur UV violet bleu vert jaune Orange Rouge IR

λ (nm) < 380 380 – 450 450 – 520 520 – 560 560 – 590 590 – 630 630 - 780 > 780

Expérience historique de Newton :

Pourquoi percevons-nous les couleurs ? La rétine de l’œil humain possède trois types de cônes :

- les cônes sensibles au bleu (CB) - les cônes sensibles au vert (CV) - les cônes sensibles au rouge (CR)

L’œil a une sensibilité maximale dans le jaune-vert. C’est pour cette raison que certains camions de pompiers américains et véhicules du Samu de l’Essone (91) ont été repeints dans cette teinte.

Questions :

1/ Colorie et donne le nom de la couleur correspondante dans le tableau.

1/ Quelle est la longueur d’onde pour laquelle l’œil humain est le plus sensible ? λ = ………………………..

2/ Un objet émet une onde électromagnétique de longueur d’onde λ = 450 nm. De quelle couleur l’œil humain

voit-il cet objet ? ……………………………………………………………………………………………………………

400 500 600 700

λ (nm)

Sensibilité des cônes

0

50

100

CB

CV

CR

C’est l’expérience cruciale de Newton : Il fit un petit trou dans le volet et laissa passer un petit faisceau de lumière blanche dans la maison. Sur son trajet, il plaça un prisme et vit la lumière blanche « se décomposer» en toutes les couleurs de l’arc-en ciel…Il montra que la lumière blanche était composée de toutes les couleurs.

Soleil ou lampe à incandescence

Spectroscope Oeil Spectre

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3/ Un objet émet de la lumière jaune de longueur d’onde λ = 600 nm. Quels cônes vont être activés ?

………………………………………………………………………………………………………………………………

4/ Synthèse additive

Expérience du disque de Newton : En additionnant toutes les lumières colorées, on peut reproduire la lumière blanche. C’est la ………………………………….

Rappel de 4ème : Les 3 couleurs primaires « lumières » (de la vision) sont : Le rouge, le bleu et le vert

Les 3 couleurs secondaires « lumières » sont : Le cyan, le magenta, le jaune

≠ Les 3 couleurs primaires « matières » sont : Le cyan, le magenta, le jaune Les 3 couleurs secondaires « matières » sont : Le rouge, le bleu et le vert

Rouge + bleu = …………. Rouge + vert = …………. Vert + Bleu = …………. Rouge + Vert+ Bleu = ……..

Bilan de la synthèse additive : C’est le physicien Thomas Young (1773-1829) qui démontra que

l’on pouvait recomposer la lumière blanche à partir des 3 couleurs

appelées couleurs primaires lumières : Rouge, vert et bleu.

La synthèse additive consiste à combiner la lumière de plusieurs

sources émettrices afin d’obtenir une nouvelle couleur.

Bleu + Rouge = …………… Bleu + vert = ……………… Rouge + vert =……………… Vert + Bleu + Rouge = ………

Positionne les filtres colorés V, R et B sur la lampe. Réalise la synthèse additive de lumières colorées en les additionnant :

- D’abord 2 à 2. - Les 3 ensembles.

Complète le tableau récapitulatif.

Rotation rapide

Rotation

ECRAN

BLEU

VERT

R O U G E

=

Couleurs

secondaires

……………

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Application : Principe de fonctionnement de l’écran de TV ou d’ordinateur :

Conclusion : Si on dispose de 3 sources de lumières primaires rouge, vert et bleu, on peut reproduire l’ensemble des

couleurs pour notre œil : C’est la synthèse additive.

Exercice n°1 : Complète les synthèses additives suivantes.

Exercice n°2 : Propose une solution

Principe des écrans de télévision

ROUGE + VERT = ……………… BLEU + ROUGE = ………………… VERT + BLEU = …………………… ROUGE + VERT + BLEU = …………………

CYAN + ROUGE = …………………………. JAUNE + BLEU = ………………………….. MAGENTA + VERT = ……………………….

La télévision à tube cathodique a un écran composé de plusieurs lignes qui sont elles-mêmes composées de points appelés « pixels » (sur un écran de 55 cm, il y a environ 1 million) En observant au microscope ces pixels, on se rend compte qu'ils sont constitués de trois bandes colorées ou pastilles suivant le type d'écran. Ces bandes colorées appelées luminophores émettent chacune une lumière colorée soit rouge, verte ou bleue et permettent d’obtenir par combinaison toutes les couleurs. L'ensemble de ces millions de points (pixels) à la surface de l'écran fait apparaître une image. La télévision LED a des pixels composés de 3 DEL (vertes, rouges, bleues) Quelques dates : Premier écran couleur : 1938 Première diffusion de la télévision en couleur en France : 1967 L’addition de deux couleurs primaires lumières à intensité égale forme une couleur secondaire lumière.

………………………………

………………………………

………………………………

………………………………

………………………………

………………………………

……………………………..

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5/ Synthèse soustractive

Un objet coloré absorbe (soustrait) certaines lumières colorées : La synthèse soustractive est …………………………………………………………………….

Un objet éclairé va absorber certaines lumières colorées et va diffuser toutes les autres.

Lorqu’on mélange des matières colorées (encres, peintures…), la couleur est obtenue par synthèse soustractive.

Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont dites « matières » : Cyan- magenta- jaune. A ce stade, on peut introduire la notion de couleurs complémentaires et le cercle

chromatique :

Couleurs complémentaires et cercle chromatique

Deux couleurs sont complémentaires si leur synthèse additive donne du ………. (Ex : lumière magenta + lumière verte = lumière blanche) Deux couleurs sont complémentaires si leur synthèse soustractive donne du ……….. (Ex : peinture Magenta +peinture verte = peinture noire) Ainsi : Le cercle chromatique est une représentation circulaire des couleurs, ordonnée comme au sein d’un arc en ciel. Le fermeture du cercle s’effectue par une transition du rouge au violet. Au sommet d’un triangle, on place les couleurs primaires lumières (RVB) ou couleurs primaires de la synthèse additive. Au sommet d’un deuxième triangle, on place les couleurs secondaires lumières (CMJ) ou couleurs primaires de la synthèse soustractive.

Dans ce cercle chromatique, deux couleurs diamétralement opposées sont dites complémentaires.

1/ En synthèse additive, que donne le mélange de deux couleurs complémentaires ? …………………………. 2/ Même question en synthèse soustractive. ……………………………………………

Cyan + jaune = ……………………..

Cyan + magenta =……………………..

Jaune + magenta = ……………………

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On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte puis bleue sur un objet blanc.

Conclusion :

On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte sur un objet noir.

Conclusion :

On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte puis JAUNE sur une tomate rouge.

Conclusion :

Blanc Blanc Blanc Blanc

Obs : l’objet est perçu.

B V R blanche

Obs : l’objet est perçu

Obs : l’objet est perçu

Obs : l’objet est perçu

Obs : l’objet est perçu

B V R blanche

Obs : l’objet est perçu

Obs : l’objet est perçu

Obs : l’objet est perçu

noir noir noir noir

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage

J V R blanche

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage

Obs : l’objet est perçu noir avec un éclairage

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage

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On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte puis bleue sur une citron jaune.

Conclusion :

Exercice n°1 :

On éclaire en lumière blanche une pomme verte.

Exercice n°2 :

Expérience :

Deux pots de peinture, l’un magenta, l’autre jaune, sont versés à terre. Les deux peintures se mélangent en

partie.

1/ Quelles sont les couleurs diffusées par la peinture jaune ? ………………………………… 2/ En déduire la couleur absorbée par la peinture jaune. ………………………………………………………………… 3/ Quelle est la couleur absorbée par la peinture magenta ? ……………………………………………………………… 4/ En déduire les couleurs absorbées par la zone de peintures mélangées. ………………………………………..

5/ Déterminer alors la couleur réelle de cette zone de mélange. : ……………………………………...

Obs : l’objet est perçu jaune avec un éclairage ………..

B V R blanche

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage…………….

Obs : l’objet est perçu vert avec un éclairage ………….

Obs : l’objet est perçu noir avec un éclairage …………

Pomme

verte

Lumière blanche

Lumière diffusée

observate

ur

Questions :

1/ Donner la définition d’une lumière polychromatique. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 2/ Quelle(s) couleur(s) est(sont) rediffusée(s) par la pomme verte ? ………………………………… 3/ Qu’advient-il de la lumière qui n’a pas été diffusée par la pomme ? ………………………………… 4/ Quelle serait l’apparence de la pomme si elle ne diffusait aucune couleur ? ………………………………… 5/ Quelle serait l’apparence d’une pomme verte éclairée en lumière magenta ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Exercice n°3 :

Expérience :

Deux pots de peinture, l’un bleu, l’autre rouge, sont versés à terre. Les deux peintures se mélangent en partie.

1/ Quelles sont les couleurs diffusées par la peinture bleue ? ………………………………………………………………. 2/ En déduire la couleur absorbée par la peinture bleu. ………………………………………………………………. 3/ Quelle est la couleur absorbée par la peinture rouge ? ………………………………………………………………. 4/ En déduire les couleurs absorbées par la zone de peintures mélangées.

………………………………………………………………. 5/ Déterminer alors la couleur réelle de cette zone de mélange. ……………………………………………………………….…………………………………………………

6/Application à l’impression couleur

Le jaune le magenta et le cyan sont les 3 couleurs primaires de la synthèse soustractive : Ce sont aussi les 3

couleurs complémentaires primaires du rouge, vert et bleu.

Le mélange de quelques colorants ou pigments permet de composer l’ensemble des couleurs perceptibles par

l’œil.

Dans le commerce, on vend toujours des cartouches d’encre jaune, magenta et cyan pour les imprimantes.

Pour reconstituer du noir, il suffit les mélanger dans les bonnes proportions.

Exercice n°1 :

1/ Quelle est la couleur d’une pomme verte éclairée avec la lumière rouge ? Noire 2/ Quelle est la couleur d’une pomme verte éclairée avec la lumière magenta ? noire 3/ Quelle est la couleur d’une pomme verte éclairée avec la lumière jaune ? verte

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Exercice n°2 :

Exercice n°3 : Vrai ou faux ?

a) Un objet bleu absorbe la lumière jaune……………………………………………………… :V

b) En mélangeant une lumière rouge et une bleue on obtient une lumière verte………………. : F

c) Un filtre vert absorbe la lumière bleue et rouge…………………………………………….. :V

d) Un schtroumpf bleu éclairé en lumière bleue apparaît noir…………………………………..:F

e) Un schtroumpf bleu éclairé en lumière verte apparaît noir…………………………………..: V

Rôle d’un filtre coloré ? Il laisse passer sa lumière colorée et absorbe toutes les autres lumières.

a) b)

c) d) e)

f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

m)

n)

o)

p)

q)

Quelle est la couleur du drapeau de la France éclairé en lumière : verte ? Noir – vert - noir blanche ? Bleu – blanc - rouge Jaune ? Noir – jaune – rouge (drapeau de la Belgique) bleue ? Bleu – Bleu - noir

Un filtre rouge laisse passer le rouge et absorbe le vert et le bleu. Un filtre bleu laisse passer le bleu et absorbe le rouge et le vert. Un filtre vert laisse passer le vert et absorbe le rouge et le bleu

Un filtre magenta laisse passer le bleu et le rouge et absorbe le vert. Un filtre jaune laisse passer le rouge et le vert et absorbe le bleu. Un filtre cyan laisse passer le vert et le bleu et absorbe le rouge.

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre bleu

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre rouge

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre vert

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre magenta

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre cyan

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre jaune

R

R

R

V V

V

B

B

B