TP 3 : la couleur des objets

TP 3 : la couleur des objets
1. Qu’est-ce qu’une couleur ?
La lumière est une onde : on peut comparer sa propagation dans un milieu (matériau) transparent à la
propagation des vagues à la surface de l’eau.
λ
La distance qui sépare deux sommets de vague voisins s’appelle longueur d’onde. On la note λ (cette lettre
grecque se lit « lambda »).
A chaque couleur visible correspond une longueur d’onde particulière, comprise entre environ 400nm pour le
violet et 800nm pour le rouge, en passant par 600nm pour le jaune-vert (mesurées dans l'air).
Les ondes de λ < 400nm sont appelées ultra-violet et sont responsables du bronzage de la peau.
Les ondes de λ > 800nm sont appelées infrarouge et sont émises par les corps chauds (radiateur, soleil,…).
Les ultra-violets et les infrarouges ne sont pas visibles par l’œil humain.
• Expérience n° 1:
Tu disposes sur ta paillasse de 6 filtres colorés de couleurs respectives: rouge, cyan, bleu, magenta, vert, jaune.
Propose un protocole de façon à les classer en deux groupes:
* les filtres qui ne laissent passer qu'une couleur
* les filtres qui laissent passer deux couleurs
2. Qu'est-ce que la lumière blanche ?
• Expériences n° 2 → décomposition de la lumière blanche:
Un prisme ou un réseau permettent de séparer les différentes composantes colorées
qui constituent la lumière émise par une lampe à incandescence.
Le résultat de cette décomposition s’appelle un spectre.
Décris le spectre de la lumière blanche :
• Expériences n° 3 → recomposition de la lumière blanche:
Le disque de Newton est constitué de secteurs colorés aux "sept couleurs
de l'arc en ciel". Précise ces couleurs ci-contre :
Qu'observe-t-on lorsque le disque est mis en rotation rapide?
Propose une explication :
• Expérience n°4:
On recommence l'expérience précédente en utilisant un disque constitué de secteurs colorés de trois couleurs
seulement: rouge, bleu et vert. Décris ce que tu observes et conclue.
3. Comment notre œil perçoit-il les couleurs ?
"Comment l'œil humain parvient-il à discriminer des milliers de teintes différentes?
On aurait pu penser que la rétine comportait une grande variété de récepteurs répondant chacun à une
longueur d'onde différente, ou que tous les récepteurs étaient identiques mais capables chacun de réagir
différemment en fonction de la longueur d'onde de la lumière reçue.
Mais ces hypothèses soulevaient de grandes difficultés.
C'est Thomas Young (1773-1829) qui postula le premier que trois types de récepteurs rétiniens sensibles
respectivement au bleu, au rouge et au vert suffisaient, et que grâce à l'activité combinée de ces récepteurs
notre cerveau était capable de percevoir toute une gamme de couleurs et de nuances différentes.
Les idées de Young ne furent pas acceptées tout de suite et il fallut attendre le milieu du XIXème siècle avant que
le physicien et physiologiste Hermann Helmholtz les développe davantage et en fasse la promotion.
Cette théorie trichromatique est appelée théorie de Young-Helmholtz."
• Quelles sont les trois modèles différents évoqués dans ce texte pour expliquer la vision des couleurs par l'œil
humain?
• Quelle expérience réalisée précédemment justifie le modèle de Young-Helmholtz ?
• Pourquoi le rouge, le bleu et le vert sont-ils appelés couleurs primaires ?
La rétine de l'œil humain est constituée par deux types de cellules:
les bâtonnets qui ne sont pas sensibles à la couleur mais seulement à l'intensité lumineuse perçue, et qui
donnent une vision en "niveaux de gris". Ils sont seuls à fonctionner dans la pénombre.
les cônes qui sont sensibles à la couleur mais nécessitent un éclairage suffisant pour fonctionner.
Il existe trois types de cônes différents, dont la sensibilité passe par
un maximum respectivement pour les couleurs rouge, vert ou bleu.
Remarque: Les cônes "sensibles au rouge" sont-ils aussi sensibles
au vert? et au bleu?
Il est donc possible d'obtenir une même sensation de couleur avec
des lumières de compositions spectrales différentes!
Ainsi une lampe monochromatique qui émet de la lumière jaune va exciter simultanément les cônes sensibles
au vert et ceux sensibles au rouge. Le cerveau va recevoir les mêmes informations que si l'œil était éclairé
simultanément par une lampe verte et une lampe rouge d'intensités lumineuses adaptées.
Le daltonisme est une anomalie de la perception des couleurs due à l'absence ou au manque de sensibilité
d'un type de cône.
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4. Qu'est-ce que le noir ?
Albert Einstein a dit: "l'obscurité n'existe pas... Il n'y a que la lumière qui existe, car l'obscurité n'est que
l'absence de lumière".
• La couleur blanche existe-t-elle ?
• La couleur noire existe-t-elle ?
• Expérience n°5:
La chromatographie est une technique qui permet de séparer les constituants d’un mélange.
Trace au crayon à papier un trait léger à environ 1,5cm du bord inférieur
de la plaque et déposes-y à intervalles réguliers et pas trop près des bords
une petite goutte de chacune des encres noires disponibles.
cuve à chromatographie
avec son couvercle
Verse l’éluant (eau distillée) dans la cuve à chromatographie sur une hauteur
inférieure à 1cm, de façon à ce que la ligne de dépôt ne trempe pas dans l’éluant.
plaque à
chromatographie
crochet
chromatogramme
Introduis la plaque à chromato dans la cuve, et mets le couvercle sur la cuve.
L’éluant est un solvant qui migre par capillarité le long de la plaque à
chromatographie et qui entraîne les différents constituants du mélange.
Mais ceux-ci sont plus ou moins retenus par la phase stationnaire avec
laquelle ils forment des liaisons de type électrique plus ou moins fortes.
Plus cette attirance est forte, plus le constituant progresse lentement.
ligne de dépôt
éluant
Il faut retirer la plaque à chromatographie de l’éluant avant que le front de
l’éluant n’atteigne la partie supérieure de la plaque.
Décris ce que tu observes et conclue.
5. Synthèse additive des couleurs :
Notre cerveau réalise la synthèse additive des lumières colorées reçues par l'œil : il ne peut percevoir
séparément les différentes lumières colorées qui lui parviennent simultanément, et il crée une couleur unique à
partir des informations que lui communiquent les cônes via le nerf optique.
Nous avons expliqué au paragraphe 3 pourquoi la superposition d'une lumière verte et d'une lumière rouge
produit au niveau du cerveau la même information que la perception d'une lumière jaune.
Expérience n°6: Eclairons un écran blanc à l'aide de trois faisceaux lumineux de couleurs respectives rouge,
bleue et verte, puis superposons ces faisceaux de façon à créer des couleurs nouvelles.
• Quel est le rôle joué par l'écran blanc ?
• Quelle est la couleur obtenue si notre œil reçoit simultanément de la lumière rouge et de la lumière verte ?
On écrira : rouge + vert =
De même : bleu + vert =
rouge + bleu =
rouge + bleu + vert =
Deux couleurs sont complémentaires l'une de l'autre si, par synthèse additive, elles forment de la lumière blanche.
• Comment déterminer à l'aide du matériel utilisé précédemment la couleur complémentaire du bleu ?
Indique les couleurs complémentaires pour chacune des couleurs primaires :
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6. Pourquoi les objets nous apparaissent-ils colorés ?
Lorsque la lumière rencontre un objet matériel, elle peut selon sa longueur d'onde λ, c'est
à dire sa couleur pour la lumière visible :
* être diffusée, c'est à dire renvoyée dans toutes les directions de l'espace
* être absorbée et transformée en chaleur
* être transmise, c'est à dire traverser l'objet
Pour un objet donné, les couleurs diffusées ou transmises sont les mêmes. Elles sont complémentaires
des couleurs absorbées.
A retenir: Un objet coloré soustrait des couleurs à la lumière qui l'éclaire.
Exemple 1:
• Un filtre parait jaune lorsqu'il est éclairé en lumière blanche, c'est à dire qu'il reçoit simultanément
toutes les couleurs visibles.
Quelles sont les couleurs qu'il absorbe ?
Quelles sont les couleurs qu'il diffuse ?
Quelles sont les couleurs qu'il transmet ?
• Propose un protocole pour vérifier cela expérimentalement:
Lorsqu'un peintre mélange deux peintures de couleurs différentes, chacune d'entre elles absorbe des couleurs et
les soustrait à la lumière qui l'éclaire. Le mélange absorbe donc à la fois les couleurs absorbées par la première
peinture et celles absorbées par la deuxième peinture.
On parle donc ici de synthèse soustractive des couleurs.
Exemple 2:
• Quelles sont les couleurs absorbées par la peinture jaune?
• Quelles sont les couleurs absorbées par la peinture cyan?
• Quelles sont les couleurs absorbées par un mélange de peinture cyan et jaune?
• Quelle est la couleur de ce mélange éclairé en lumière blanche?
• Quelle est sa couleur si on l'éclaire en lumière bleue?
• Quelle est la couleur d'un mélange de peintures cyan, jaune et magenta?
• Complète le tableau suivant et les schémas ci-dessous:
couleur du filtre
rouge
bleu
vert
cyan
magenta
jaune
couleurs absorbées
couleurs transmises
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