Couleurs

Sciences Physiques
1ES
S. Zayyani
Fiche de Cours
Unité : Représentation visuelle
Chapitre: Chapitre 2 – Couleurs
Couleurs
Nous sommes, dans la vie quotidienne, entouré des couleurs différentes. On les utilise pour des raisons
esthétiques, des raisons éducatives, et beaucoup d’autres raisons. Mais on se pose rarement des questions
sur la nature des couleurs. D’où vient la couleur d’un objet ? Que c’est une couleur ?
Pour répondre à la première question pensons aux facteurs influençant la couleur d’un objet. Il y a des
facteurs intrinsèques, ainsi que des facteurs extrinsèques. La matière qui constitue l’objet influence la couleur
de l’objet. Ce dernier est dû à la présence des colorants ou/et des pigments (que l’on définir prochainement).
Le facteur extrinsèque est sans doute l’éclairage de l’objet, c’est-à-dire la nature de la lumière qui éclaire
l’objet observé.
Colorant & Pigment
DÉFINITION :
 Colorant :

Pigment :
une espèce chimique soluble dans le milieu qu’elle colore. Une teinture est un colorant
dissous dans une fibre.
une espèce chimique dispersée dans le milieu qu’elle colore, et donc insoluble dans ce
dernier. Ce sont des poudres finement divisées (d’une dimension de l’ordre de µm).
Une peinture est constituée d’un pigment dispersé dans un liquide appelé liant.
Jusqu’au XXe siècle colorants ou pigments étaient d’origine naturelle (minérale, animale, végétale, etc) , mais
grâce à la chimie de synthèse et industrielle on est capable à nos jours de fabriquer des espèces colorées plus
variées et en grande quantité.
De plus il existe d’autres facteurs qui influencent la couleur d’une espèce chimique. Par exemple, comme on a
vu en classe de troisième, certaines réactions chimiques (pensez aux réactions entres les ion métalliques et la
soude), produisent des précipités colorés.
Le pH d’une solution pourrait changer la couleur d’une espèce chimique. En effet, ceci est le cas des
indicateurs colorés utilisés fréquemment en chimie. Et dernièrement nous pouvons citer des facteurs
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extérieurs, comme la température ou la lumière, comme des facteurs important aussi (e.g. certains précipités
qui noircissent à cause de la lumière).
En résumé donc, les différents facteurs qui peuvent influencer la couleur d’un milieu :
 L’éclairage du milieu
 La nature et les caractéristique du milieu (pH, présence des solvants, etc.)
 La présence de un ou plusieurs colorants ou pigments
 Des paramètres extérieurs, température, lumière, etc.
Synthèse additive
On a appris en 2nde que la lumière blanche n’est pas vraiment une lumière colorée car elle est composée des
différentes lumières colorées monochromatiques (i.e. une seule couleur). Cette propriété a été mise en
évidence grâce à un prisme (ou spectroscope) qui décompose une lumière polychromatique en ses lumières
colorées monochromatiques.
Ce n’est pas donc illogique de se poser la question : serait-il possible de faire l’opération inverse ? Pourrait-on
additionner des lumières monochromatiques dans le but de créer une lumière colorée ? La réponse est oui,
c’est la synthèse additive.
DÉFINITION :

La synthèse additive est l'opération consistant à combiner la lumière de plusieurs sources émettrices
colorées afin d'obtenir une nouvelle couleur.

En synthèse additive, les couleurs primaires généralement utilisées sont au nombre de trois : le rouge,
le vert et le bleu, noté souvent RVB (or RGB in english for Red Green Blue).

Cette synthèse est dite additive car il s’agit de la superposition ou l’addition de plusieurs faisceaux de
lumière colorée. Le spectre du faisceau résultant s’obtient en ajoutant les spectres de ces faisceaux.

Deux couleurs sont dites complémentaires (=complementary colours) si leur synthèse additive donne
du blanc. L’impression visuelle obtenue à partir du mélange de deux faisceaux est une nouvelle lumière
colorée, dont la couleur est complémentaire à celle du faisceau manquant.
Voilà les règles de synthèse :



L'addition de ces trois couleurs donne du blanc
L'absence de couleur donne du noir.
l'addition deux à deux de ces couleurs primaires permet
d'obtenir les couleurs secondaires :
 le rouge et le vert donnent le jaune. Le jaune et le
bleu sont donc complémentaires.
 le rouge et le bleu donnent le magenta. Le
magenta et le vert sont donc complémentaires.
 le bleu et le vert donnent le cyan. Le cyan et le
rouge sont donc complémentaires.
Faisons un lien important maintenant avec le fonctionnement de l’œil humain.
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La loi de la synthèse trichrome dit qu’il est possible de reproduire une sensation colorée quelconque en
mélangeant les trois couleurs primaires. Cette loi suggère l’existence dans la rétine de trois sortes de cellules
photoréceptrices sensibles au rouge, au vert et au bleu. Dès 1802, Young puis Helmholtz ont avancé cette
hypothèse, confirmée plus tard par différentes analyses physiologiques et biochimiques.
La synthèse additive est donc rendue possible par la façon dont l'œil humain détecte la couleur ; ce n'est pas
une propriété intrinsèque de la lumière. En effet, il y a une grande différence « physique » entre une lumière
jaune, de longueur d'onde 580 nm, et un mélange de lumières rouge et verte. Cependant, ces deux
phénomènes stimulent les cellules de l'œil de façon semblable,
ce qui fait que l'on ne perçoit pas la différence.
Ceci est en effet le cas, car on voit bien 3 types de cônes dans
l’œil. Certains sont surtout sensibles aux radiations de
longueurs d’onde voisines de
(cônes rouges).
Les deux autres sont sensibles aux radiations voisines de
(cônes verts) ou
(cônes bleus).
Ainsi, un cône recevant une radiation de longueur d’onde
renvoie une réponse forte si c’est un cône rouge, une
réponse moyenne si c’est cône vert et pas de réponse si c’est un
cône bleu.
Le cerveau reçoit donc, de la rétine, non seulement une image,
mais également de l’information sur la couleur de chaque point
d’image.
Et enfin, mentionnons brièvement un des défauts de la rétine : le daltonisme (=colour blindness). Le
daltonisme désigne une anomalie de la vision due à la déficience d’un ou plusieurs types de cône.
Synthèse soustractive
Il existe une autre synthèse qui est complémentaire par rapport à
la synthèse additive, qui s’appelle la synthèse soustractive. Elle est
appelée « soustractive » car au lieu de faire une superposition des
faisceaux lumineux colorés, on obtient les nouvelles couleurs en
faisant passer la lumière par différents filtres colorés qui
« soustraient » les différentes couleurs. Le terme soustractif vient
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du fait qu'un objet coloré soustraie (absorbe) une partie de la lumière incidente. De fait, une couleur obtenue
par synthèse soustractive de plusieurs autres sera nécessairement plus sombre qu'elles. La manière la plus
facile d’effectuer une synthèse soustractive est avec des filtres colorés. En passant par un filtre coloré une
partie de la lumière est bloquée ou « soustraite ». Donc, par exemple, la lumière blanche, en passant par un
filtre jaune, sort jaune, car toutes les couleurs sauf le jaune sont filtrées.
Avec un peu de raisonnement et réflexion on peut déduire que :
 en synthèse soustractive les couleurs primaires sont le jaune, le cyan et le magenta
 la superposition de toutes les couleurs donne le noir
Couleur d’un Objet
L’intérêt de notre discussion jusqu’ici est la question : quel est la couleur d’un objet ? Comment déterminer la
couleur d’un objet dans différentes situations. Quels sont alors les facteurs qui influencent la couleur perçue
d’un objet ?
Comme on verra prochainement, les objets sont soit une source primaire de lumière (ils produisent leur
propre lumière) soit une source secondaire (ils sont incapables de produire leur propre lumière). En ce qui
concerne la question de la couleur d’un objet, on s’occupe plutôt des sources secondaires.
La couleur d’un objet dépend de son éclairage. Que se passe-t-il quand on objet est éclairé par une lumière ?
Soit :
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
La lumière incidente est absorbée. Dans ce cas-là la lumière n’est pas réémise, et son énergie est
absorbée par l’objet
 La lumière est réfléchie. Cette lumière réfléchie pourrait être
o Dans une direction particulière (réflexion spéculaire)
o Dans toutes les directions (diffusion).
 La lumière traverse l’objet. Ceci est le cas s’il s’agit d’un objet transparent.
Le facteur qui influence le comportement de la lumière, et qui décide laquelle des options citées ci-dessus se
passe, est la composition spectrale de l’objet. Par exemple : une lumière verte arrivant sur un filtre vert,
traverse l’objet. En revanche une lumière verte arrivant sur un filtre magenta est totalement absorbée. Et
finalement une lumière verte arrivant sur un filtre bleu, sera absorbée partiellement (la jaune est absorbée et
le bleu traverse) ; et ainsi de suite.
La couleur perçue donc d’un objet en lumière colorée dépend du spectre de la lumière qu’il diffuse.
EX. 1|| Le drapeau tricolore français devient le drapeau de quel pays sous éclairage jaune ?
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