Thématique 2

Thématique 2
La lumière sous enquête
Thème 1
Les énigmes de la couleur.
Thème 2
La couleur dans l’environnement.
Thématique 2 : Les énigmes de la couleur
Thème 1 ______________________________________________________________ 1
Deux façons de produire des couleurs : __________________________________ 1
Les couleurs-matière : ________________________________________________ 1
Les couleurs primaires : _____________________________________________________ 1
Les couleurs secondaires : ___________________________________________________ 1
Le noir : _________________________________________________________________ 1
Le cercle chromatique ________________________________________________ 2
Composition du cercle: _____________________________________________________ 2
Les couleurs-lumière __________________________________________________ 3
Les couleurs primaires: _____________________________________________________ 3
Les couleurs secondaires : ___________________________________________________ 3
Le blanc : ________________________________________________________________ 3
Le spectre complet de la lumière : _______________________________________ 3
Lumière : ________________________________________________________________ 3
Laboratoire : La couleur ______________________________________________
Enrichissement _________________________________________________________
Les légendes ont la vie dure ____________________________________________
L’œil _______________________________________________________________
4
5
5
6
La rétine : ________________________________________________________________ 6
Cellules de la rétine : _______________________________________________________ 6
Enrichissement _________________________________________________________ 7
L'oeil humain : ______________________________________________________ 7
La Sclérotique (conjonctive) : ________________________________________________ 7
La cornée : _______________________________________________________________ 7
L'iris : ___________________________________________________________________ 7
Le cristallin : _____________________________________________________________ 7
La rétine : ________________________________________________________________ 8
Les bâtonnets _____________________________________________________________ 8
Les cônes ________________________________________________________________ 8
La macula : ______________________________________________________________ 8
Le nerf optique :___________________________________________________________ 8
Exercices : l’œil ______________________________________________________ 9
Enrichissement ________________________________________________________ 10
La lumière incidente ou réfléchie : _____________________________________ 13
L’énergie __________________________________________________________ 14
Les transformations d’énergie lumineuse ______________________________________ 14
Phosphorescence versus Fluorescence __________________________________ 14
Phosphorescence : ________________________________________________________ 14
Fluorescence : ___________________________________________________________ 14
Les changements ____________________________________________________ 15
Les changements physiques ___________________________________________ 15
Les changements chimiques ___________________________________________ 15
Indices de changements chimiques: ___________________________________________ 15
Les types de dessins __________________________________________________ 16
Le croquis : _____________________________________________________________ 16
Le schéma de principe : ____________________________________________________ 16
Le schéma de construction :_________________________________________________ 16
I
Thème 1
Deux façons de produire des couleurs :
Mélange de matières colorées (couleurs-matière ou synthèse soustractive)
o On part du blanc et on l'obscurcit au moyen de couleurs
Mélange de lumières colorées (couleurs-lumière ou synthèse additive)
o On part du noir et on l'éclaire par des couleurs
Les couleurs-matière :
Mélange de matières colorées.
Utilisées par les peintres, les teinturiers, le domaine de l’imprimerie.
Les couleurs primaires :
Cyan
Magenta
Jaune
On peut produire une grande variété de nuances en modifiant les proportions
de chacune des couleurs.
Les couleurs secondaires :
Le rouge, le vert et le bleu sont obtenus en
mélangeant dans des proportions égales les
trois couleurs primaires.
Le noir :
Le mélange des trois couleurs primaires dans
des proportions égales donne noir.
1
Le cercle chromatique
Le cercle chromatique illustre la grande variété de couleurs que l’on peut
produire grâce à de judicieuses combinaisons.
Composition du cercle:
Le cercle chromatique est composé des couleurs primaires, secondaires,
tertiaires.
Primaire : Couleur qui ne peut être obtenue par aucun mélange et dont le
mélange permet d'obtenir toutes les autres couleurs.
Secondaire : Couleur obtenue par le mélange de deux primaires.
Tertiaire : Couleur produite en mélangeant une couleur primaire avec une
couleur secondaire analogue.
2
Les couleurs-lumière
Mélange de lumières colorées.
Utilisées par les éclairagistes.
Les couleurs primaires:
Rouge
Vert
Bleu
On peut produire une grande variété de nuances en modifiant les proportions
de chacune des couleurs.
Les couleurs secondaires :
Le jaune, le cyan et le magenta.
Le blanc :
Le mélange des trois couleurs primaires dans des
proportions égales donne blanc.
Le spectre complet de la lumière :
Lumière :
Rayonnement dont la partie visible peut être
captée par la rétine de l’œil.
3
Nom : ___________________
___________________
Date : _________
Laboratoire : La couleur
Les couleurs-matières
Les couleurs-lumières
Signature :
___________________
___________________
4
Enrichissement
Les légendes ont la vie dure
A
l'école
primaire,
on
enseigne
encore
parfois
que
les
couleurs
fondamentales sont le jaune, le bleu et le rouge. (Cette théorie de Young
date de 1801; à l'époque il songeait à une synthèse soustractive, mais il se
rendit compte de son erreur et passa à une synthèse additive où il préconisa
en 1807 le rouge, le vert et le violet !)
Pour la synthèse soustractive il faut évidemment prendre le jaune, le cyan
(non pas le bleu) et le magenta (non pas le rouge). Le problème est que ces
mots ne font pas partie du vocabulaire usuel des enfants. Remplacer magenta
par mauve ou violet et cyan par turquoise n'est pas une solution car ces
termes ne font pas non plus partie du vocabulaire courant des enfants; c'est
pourquoi on continue à parler de jaune, bleu et rouge !
5
L’œil
La rétine :
Une mince membrane innervée (neurones), constituée de feuillets, qui tapisse
le fond de l’œil.
Cellules de la rétine :
Les cônes servent pour la vision de jour et ils ont une très bonne sensibilité
aux couleurs.
Les bâtonnets sont insensibles aux couleurs de la lumière (vision de nuit). Ils
servent à détecter le mouvement. Ils sont très utilisés en vision
périphérique.
6
Enrichissement
L'oeil humain :
De forme approximativement sphérique, l'oeil est l'organe de base de la
vision. Il comporte un ensemble d'éléments destinés à recevoir le
rayonnement incident, former l'image des objets perçus et traiter les
informations recueillies.
La Sclérotique (conjonctive) :
C’est une solide membrane blanche, opaque aux rayons lumineux, servant à
attacher l'oeil dans son orbite.
La cornée :
Il s'agit d'une membrane transparente et résistante située sur la face avant
de l'oeil. Son rôle est de protéger le globe oculaire sur la face avant.
L'iris :
Muscle circulaire, il fonctionne comme un diaphragme en dosant la quantité
de lumière qui pénètre dans l'oeil. Son ouverture centrale est la pupille.
Le cristallin :
Il fonctionne comme une lentille à focale variable, grâce à sa capacité de
modifier sa courbure.
7
La rétine :
C’est sur elle que se forment les images provenant de l'extérieur. La rétine
contient deux types de cellules photosensibles: les cônes et les bâtonnets.
Les bâtonnets
Responsables de la vision nocturne (vision scotopique) et possèdent un
maximum de sensibilité vers 510 nm. Leur sensibilité est liée à un colorant, la
rhodopsine, qui blanchit à la lumière du jour, expliquant par là leur
insensibilité la journée. Les bâtonnets ne fournissent qu'une réponse
photométrique et ne permettent donc pas de déterminer les couleurs: la nuit,
tous les chats sont gris.
Les cônes
Fournissent une réponse photométrique et chromatique, grâce à des
pigments dont les maximums d'absorption se situent dans le bleu, le vert ou
le rouge. C'est là la base de la vision des couleurs et son aspect
trichromatique.
La macula :
Appelée également tache jaune, contient en son centre une petite
dépression, la fovéa. Cette dernière est la zone d'acuité maximum de l'oeil.
Le nerf optique :
Il conduit les informations au cerveau, en passant par un relais très
important, le corps genouillé latéral, chargé d'effectuer une première
analyse des données.
8
Nom : ___________________
___________________
Date : _________
Exercices : l’œil
A) ____________________
F) ____________________
B) ____________________
G) ____________________
C) ____________________
H) ____________________
D) ____________________
I) ____________________
E) ____________________
J) ____________________
9
Enrichissement
Il existe deux sources lumineuses : celles qui produisent de la lumière
(comme le soleil ou la flamme d'une bougie) et celles qui réfléchissent ou
renvoient les rayons qu'ils reçoivent d'une source lumineuse (comme la lune
ou l'objet que vous avez sous les yeux). Contrairement au son qui a besoin des
particules de l'air comme support de diffusion, le rayonnement lumineux se
déplace en ligne droite dans tous les milieux même le vide. Sa vitesse de
propagation est alors de 300 000 km/s : c'est ce que l'on nomme la vitesse
de la lumière.
La lumière blanche offre à notre univers sa diversité de couleurs. Sans
lumière, pas de couleur. A elle seule, la lumière renferme toutes les couleurs
que l'on peut observer lors d'un arc-en-ciel, le résultat de la décomposition
de la lumière du soleil au travers des gouttelettes d'eau de pluie. Ce
phénomène a longtemps suscité l'interrogation de nos ancêtres jusqu'à ce
que le grand savant anglais Sir Isaac Newton réalise expérimentalement, en
1672, la décomposition prismatique de la lumière blanche. Il réussit
également à recomposer la lumière blanche à partir de ses composantes au
moyen d'un second prisme, ouvrant ainsi la voie à ce que l'on nommera la
synthèse additive des couleurs. La lumière blanche est donc la superposition
de toutes les couleurs visibles.
A l'heure actuelle on possède une justification objective basée sur la nature
des cellules de notre rétine.
La rétine de notre oeil est tapissée de cellules photosensibles. Il y en a de
deux types dénommés cônes et bâtonnets (à cause de leur forme).
10
Les bâtonnets sont sensibles aux contrastes, alors que les cônes sont
sensibles aux couleurs. En cas d'éclairement très faible, la nuit par exemple,
seuls les bâtonnets nous donnent une information; les cônes sont
pratiquement inactifs. C'est pourquoi il est fort difficile de préciser la
couleur des objets que nous distinguons pourtant fort bien.
Si l'éclairement est meilleur, ce sont alors les cônes qui transmettent
l'essentiel de l'information et nous distinguons avec grande précision les
couleurs. Parmi les cônes on en distingue encore trois types; chacun d'eux
possède un maximum de sensibilité chromatique pour une couleur; ce sont
précisément pour les trois couleurs fondamentales, le rouge le vert et le
bleu.
On voit ainsi que notre oeil perçoit également une image en "quadrichromie",
rouge, vert, bleu donné par les cônes et blanc donné par les bâtonnets.
En retournant à la définition par RGB, les couleurs sont représentées par les
points d'un cube, un des sommets correspond au noir (0, 0, 0) et le sommet
opposé au blanc (1, 1, 1). Nous avons choisi l'unité correspondant aux 3
couleurs fondamentales dans leur intensité maximum.
Le lien entre R, G, B et C, M, Y est évident:
R+C=1
G+M=1
B+Y=1
Ces relations permettent de passer de manière simple
de la représentation additive (R, G, B) à la
représentation soustractive (C, M, Y)
Depuis fort longtemps les imprimeurs utilisent la quadrichromie comme
procédé d'impression couleur. Ils effectuent une "séparation" en cyan,
magenta, et jaune ainsi qu'une image en noir et blanc (plus précisément avec
une gamme de gris), ce dernier cliché correspondant aux densités des
diverses couleurs. Ce cliché en gamme de gris pourrait être réalisé en
utilisant les trois couleurs fondamentales (cette fois le jaune, le cyan et le
magenta) en quantités égales mais en densités différentes. Toutefois il est
11
plus économique d'utiliser de l'encre noire que des encres de couleur.
Pour fixer les idées, si une couleur (l'orange décrit plus haut) est définie par
(R, G, B) = (0.60, 0.36, 0.12), on a (C, M, Y) = (0.40, 0.64, 0.88); l'imprimeur
utilisera la plus grande quantité possible de noir N, c'est-à-dire 0.40, qu'il
déduira des couleurs; on aura (C, M, Y, K) = (0.00, 0.24, 0.48, 0.40).
Il est à remarquer que cette technique d'impression couleur était utilisée
avant qu'elle ne soit justifiée par les biologistes
12
La lumière incidente ou réfléchie :
LUMIÈRE RÉFLÉCHIE
LUMIÈRE INCIDENTE
OU QUI SORT
OU QUI ARRIVE
La pomme apparaît rouge parce que le rouge provient de la lumière blanche du
Soleil. Le rouge est réfléchi par la pomme tandis que les autres couleurs sont
absorbées. La lumière possède donc deux autres propriétés : elle peut-être
absorbée et réfléchie.
13
L’énergie
Le Soleil qui t’éclaire de ses rayons est une puissante source d’énergie. Il en
existe d’autres (manuel p.60).
Énergie contenue dans les particules de matières.
Énergie chimique
Exemple: Le pétrole
Énergie contenue dans la lumière.
Énergie lumineuse
Exemple: Les algues phosphorescentes
Énergie provenant de la chaleur.
Énergie lumineuse
Exemple: Le feu de bois
Énergie associée au déplacement des charges
électriques.
Énergie électrique
Exemple: Une anguille produisant une décharge
électrique.
Énergie provenant de la modification de noyaux des
Énergie nucléaire particules de la matière.
Exemple: Le Soleil et les étoiles
Énergie associée à un objet en mouvement.
Énergie cinétique
Exemple: Le vent
Les transformations d’énergie lumineuse
Énergie initiale
Énergie finale
Énergie lumineuse
Énergie électrique
Énergie lumineuse
Énergie thermique
Exemples
Au contact de la pile solaire, les
rayons lumineux se transforment
en électricité pour faire
fonctionner ta calculatrice.
Au contact de ta peau, les rayons
solaires se transforment en
chaleur et font augmenter la
température de ta peau.
Phosphorescence versus Fluorescence
Phosphorescence :
briller dans l’obscurité.
Fluorescence :
émettre de la lumière sous l’effet d’un rayonnement.
14
Les changements
Les changements physiques
Transformation de la matière qui ne modifie pas la nature des substances
initiales.
Ex: dissolution, fragmentation et tous les changements de phases
Les changements chimiques
Transformation de la matière qui modifie la nature initiale et qui produit de
substances différentes.
Ex: combustion, oxydation (rouille), fermentation et tous les changements
biologiques et écologiques.
Indices de changements chimiques:
(Attention: ce ne sont pas des preuves absolues)
1. Changement de couleur
2. Dégagement de gaz
3. Dégagement de chaleur et de lumière
4. Formation d’un précipité
15
Les types de dessins
Le croquis :
Un dessin à main levée qui représente ce que l’on veut concevoir.
Le schéma de principe :
Un dessin simplifié qui représente la fonction de l’objet et ses principes.
(Aucune indication sur les mesures)
Le schéma de construction :
Un dessin simplifié qui représente les solutions de constructions retenues
pour concrétiser l’objet. (Il comporte plusieurs vues (vue de haut, vue de face et
vue de côté). Dans ce schéma, on détermine les matériaux, les dimensions et
les liaisons des pièces.
16
Thème 2
Adaptations :
L'adaptation est un processus de transformation qui augmentent ses chances
de survie dans son environnement.
Adaptations
comportementales
liées à la couleur
Attirance
Répulsion
Camouflage
L'animal attire
L'animal repousse
L'animal utilise la couleur
ou est attiré
ou est repoussé
pour se confondre
par la couleur.
par la couleur.
avec son milieu.
Adaptations physiques
liées à la couleur
Pigment
Organe bioluminescent
Matière colorée qui donne
Organe émettant
la couleur aux tissus
de la lumière grâce
Organe permettant
des organismes vivants.
a une réaction chimique.
de voir les couleurs.
(Source secondaire)
(Source primaire)
17
Récepteur visuel