Chap 2H - Cours - Lumières et couleurs

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Chapitre nÀ2 : lumières et couleurs
Une source lumineuse est dite « primaire » si elle émet de la lumière, au contraire d’une source
« secondaire » qui transmet ou diffuse une lumière qu’elle reçoit d’une source primaire. Bien
entendu, au niveau énergétique, la source « primaire » ne crée pas l’énergie, elle la puise dans un
réservoir énergétique (électricité, réaction chimique ou biochimique, réaction nucléaire, etc…) et la
transforme en lumière.
I-
La couleur des sources lumineuses primaires
1.
Couleur spectrale et couleur perçue
Une couleur spectrale correspond à une lumière dont le spectre ne présente qu’une couleur. On
distingue globalement six couleurs spectrales : le violet, le bleu, le vert, le jaune, le orange et le
rouge.
Quand une source émet plusieurs couleurs spectrales, la lumière perçue résulte de la superposition
de ces couleurs : c’est la « synthèse additive ».
2.
Synthèse additive de lumières colorées
Les trois couleurs primaires de la synthèse additive sont le rouge, le vert et le bleu. A partir de ces
trois couleurs, en jouant sur les superpositions et les intensités, on peut créer toutes les nuances de
teintes que perçoit notre œil.
L’addition des trois couleurs primaires donne la « lumière blanche ».
On dit que deux couleurs sont complémentaires si leur spectres sont complémentaires. Leur
superposition donne alors de la lumière blanche. Les trois couleurs complémentaires en synthèse
additive sont :
le cyan, qui résulte de la superposition de vert et de bleu : c’est la couleur complémentaire du
rouge.
le magenta, qui résulte de la superposition de rouge et de bleu : c’est la couleur
complémentaire du vert.
le jaune, qui résulte de la superposition de vert et de rouge : c’est la couleur complémentaire
du bleu.
3.
Perception de la lumière par l’œil humain
La rétine humaine est couverte de cellules photosensibles : les bâtonnets pour la vision en faible
luminosité et trois types de cônes pour la sensibilité aux couleurs. Chacun des cônes présente une
sensibilité maximale pour une des couleurs primaires (bleu, vert, rouge). Les informations reçues
sont ensuite transmises au cerveau qui crée une image nette et colorée.
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Le daltonisme correspond à une déficience d’un type de cônes, en général ceux sensibles au vert,
donc les couleurs faisant intervenir cette couleur sont mal ou non perçues.
Remarque : l’œil n’est pas capable de distinguer la composition spectrale de la lumière qu’il reçoit.
Une lumière jaune provenant d’une source monochromatique jaune sera perçue identique à la
lumière résultant d’une lumière rouge et d’une verte superposées.
4.
Fonctionnement des écrans colorés
Un écran lumineux coloré (LCD, télévision, ordinateur, téléphone, etc…) est composé de pixels
contenant chacun trois sous pixels émettant de la lumière rouge, verte ou bleue. En faisant varier
l’intensité de chaque sous pixel, on peut donner au pixel la couleur que l’on veut. L’œil ne perçoit
alors que cette couleur composée, les sous pixels étant d’une taille inférieure au pouvoir de
résolution de l’œil.
II - La couleur des objets
1.
Objet éclairé
Lorsqu’un objet est éclairé, celui-ci peut diffuser, réfléchir, absorber ou encore transmettre la
lumière.
lumière diffusée : la lumière qui arrive sur l’objet est réémise dans toutes les directions.
lumière réfléchie : la lumière qui arrive sur l’objet est renvoyée dans une direction privilégiée.
lumière absorbée : la lumière qui arrive sur l’objet disparaît, elle est transformée en chaleur.
lumière transmise : la lumière passe à travers l’objet, cela nécessite que l’objet soit
transparent.
Les principes de la diffusion et de l’absorption seront détaillés dans le chapitre suivant.
2.
Principe de la synthèse soustractive
Si l’on place, sur le trajet d’un faisceau de lumière blanche, rois filtres de couleurs cyan, jaune et
magenta, aucune lumière ne parvient à l’écran. L’ensemble de la lumière est absorbé par ces trois
filtres. Ces couleurs sont donc les couleurs primaires de la synthèse soustractive.
En superposant deux filtres de couleurs primaires, on obtient la couleur complémentaire du filtre
manquant. Deux couleurs sont complémentaires en synthèse soustractive si, en superposant leur
filtres, on obtient du noir :
le bleu (obtenu par superposition de magenta et de cyan) est complémentaire du jaune.
le vert (obtenu par superposition de jaune et de cyan) est complémentaire du magenta.
le rouge (obtenu par superposition de magenta et de jaune) est complémentaire du cyan.
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3.
Couleur d’un objet en lumière blanche
La couleur d’un objet n’est pas une propriété
intrinsèque de l’objet : elle dépend de sa
pigmentation, de la lumière qui l’éclaire et de
la sensibilité du système optique qui le
regarde (œil, caméra, appareil photo, etc…).
En lumière blanche, l’objet reçoit toutes les
couleurs : selon son profil spectral, il va
absorber certaines de ces couleurs et en
diffuser d’autres. La couleur perçue résultera
de la superposition des couleurs qu’il diffuse.
Par exemple, une solution de permanganate de potassium qui absorbe le milieu du spectre (vert et
une partie du jaune) sera perçue comme magenta.
En revanche, une solution de sulfate de cuivre, qui absorbe les grandes longueurs d’onde (rouge,
orange, jaune et une partie du vert) sera perçue bleue.
4.
Couleur d’un objet en lumière colorée
La couleur perçue résulte de la composition spectrale de la lumière colorée qui l’éclaire et du profil
spectrale de l’objet lui-même.
Notre solution de permanganate de potassium sera rouge en lumière rouge, bleue en lumière bleue
mais noire en lumière verte.
Alors que la solution de sulfate de cuivre sera bleue en lumière bleue, verte en lumière verte mais
noire en lumière rouge ou jaune.
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