Vision et couleurs. NOM : Prénom : CONTEXTE DU SUJET

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1 NOM : Prénom : CONTEXTE DU SUJET Un élève de classe explique à ses camarades qu il est daltonien. Il existe plusieurs formes d anomalies. Lui ne peut pas distinguer le rouge et le vert. Comment le cerveau arrive-t-il à percevoir les différentes couleurs? Comment expliquer cette anomalie de la vision des couleurs dans l oeil? DOCUMENT 1: le spectre du visible Rappel du spectre visible : Il n est pas possible de caractériser précisément les raies par leur couleur. Pour les identifier, les scientifiques attribuent à chacune d elle une grandeur appelée longueur d onde. A chaque radiation monochromatique (c'est-à-dire d une même couleur) est associée une longueur d onde. Elle s exprime couramment en nanomètre (nm). Elle est notée (lambda). L œil humain n est sensible qu aux radiations dont les longueurs d onde sont comprises entre 400nm et 800nm. A chaque couleur correspond une longueur d onde. DOCUMENT 2 : La perception de la lumière par l œil L oeil perçoit les couleurs grâce aux cônes qui sont des cellules de la rétine sensibles aux longueurs d onde. Il en existe 3 sortes : celles sensibles - aux faibles longueurs d onde (bleu) - aux moyennes longueurs d onde (vert) -aux grandes longueurs d onde (rouge) Pour autant nous sommes capables de distinguer toutes les couleurs grâce au principe de la trichromie. Quand on superpose plusieurs lumières colorées, le cerveau en perçoit une nouvelle qui correspond au «mélange». On parle de synthèse additive des couleurs.

2 DOCUMENT 3 : LE DALTONISME Le daltonisme désigne une anomalie de la vision des couleurs due à la déficience d un type de cône. Le plus souvent cette déficience touche les cônes sensibles au vert, et provoque une confusion entre les couleurs verte et rouge. La déficience des cônes verts a un impact sur les cônes rouges En effet sinon, la perception du rouge, autre couleur primaire de la synthèse additive, ne devrait pas être affectée. C est donc que les courbes de sensibilité spectrales des trois types de cônes se recoupent. Ainsi Ainsi les couleurs rouges et vertes sont perçues comme une couleur jaune!!!! Mes daltoniens ne perçoivent alors que trois teintes : le bleu, le jaune et une teinte intermédiaire blanche ou grise Non daltoniens Daltoniens TRAVAIL À EFFECTUER 1. La synthèse additive 1.1 D après le document 2 expliquer le principe de la synthèse additive. APPEL n 1

3 1.2 Mise en évidence de la synthèse additive Vision et couleurs A l aide du disque de lumière, superposer les couleurs et compléter le tableau suivant : Faisceau n 1 Faisceau n 2 Faisceau n 3 Couleur observée Rouge Bleu Vert Bleu Rouge Vert Rouge Vert Bleu 1.3 Les couleurs primaires pour la lumière sont au nombre de trois : le rouge (R), le vert (V) et le bleu (B). Deux couleurs sont dites complémentaires lorsque leur superposition donne du blanc. Dans ce cas les spectres sont complémentaires. Quelles sont les couples de couleur complémentaires? APPEL n 2 2. Retour sur le texte d introduction 2.1 D après le tableau, les documents 1 et 2 expliquer le principe de la trichromie de l oeil. 2.2 En vous appuyant sur le document 3 expliquez l anomalie de la vision des couleurs dans l œil de l élève souffrant de daltonisme. Pour aller plus loin : les couleurs d un écran plat, le même modèle de fonctionnement que l œil. Activité 4 p40 du livre + Bilan: application sur les écrans plats

4 NOM : Prénom : CONTEXTE DU SUJET : Les objets colorés et les filtres : la synthèse soustractive Pourquoi un citron «jaune» est-il jaune, et peut-il changer de couleur? Eclairons un citron vert et jaune avec une lumière cyan Peut-on les différencier? DOCUMENT 1 : la synthèse additive De quoi dépend alors la couleur d un objet? Quand on superpose plusieurs lumières colorées, le cerveau en perçoit une nouvelle qui correspond au «mélange». Thomas YOUNG ( ), médecin et physicien anglais, établit que l on obtient une infinité de couleurs en superposant trois lumières colorées rouge, vert, bleu (RVB) d intensités réglables. Il ajoute que l on peut obtenir du blanc en ajustant convenablement l intensité de chacune, on obtient du blanc. La synthèse additive est la superposition de lumières colorées. Les couleurs primaires de la synthèse additive sont le bleu, le vert et le rouge. Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse donne du blanc. Le diagramme nous indique les couleurs complémentaires de chaque couleur primaire. Ainsi le spectre de la lumière blanche est composé des 3 couleurs primaires et les autres sont le résultat de la synthèse additive. Rappel du spectre visible : DOCUMENT 2 : Vision des couleurs L oeil perçoit (voit) des objets grâce aux images qui se forment sur sa rétine. L oeil perçoit les couleurs grâce aux cônes (de 3 types), cellules de la rétine sensibles aux longueurs d onde faibles (bleu), moyennes (vert), et plus élevées (rouge). La vision utilise le principe de la trichromie. Les bâtonnets sont les autres cellules photoréceptrices, sensibles à la luminosité Le daltonisme désigne une anomalie de la vision des couleurs due à la déficience d un type de cône. Ces personnes ne perçoivent pas alors toutes les couleurs.

5 DOCUMENT 3 : la synthèse soustractive Vision et couleurs La synthèse soustractive est l absorption de lumières colorées. Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont le cyan, magenta, jaune. Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse donne du noir. Le diagramme nous indique les couleurs complémentaires de chaque couleur primaire. Selon leur nature les objets interagissent différemment avec la lumière. Plusieurs cas se présentent : - Un objet opaque absorbe une partie de lumière incidente et renvoie dans toutes les directions l autre partie de la lumière (diffusion). - Un objet transparent absorbe une partie de la lumière incidente et laisse passer l autre partie de la lumière (transmission). 1. D après les documents 1 et 3 quelle différence y-a-t-il entre une synthèse additive et une synthèse soustractive? APPEL n 1 Appeler le professeur en cas de difficulté 2. La lumière blanche est constituée de 3 couleurs primaires. Citez-les. 3. Que se passe-t-il lorsque la lumière blanche arrive sur un objet coloré? y-a-t-il synthèse additive ou soustractive? 4. Que se passe-t-il lorsque l objet renvoie la lumière? Y-a-t-il synthèse additive ou soustractive? APPEL n 2

6 5. Vérifier expérimentalement la couleur des objets Matériel : Lumière LED de différentes couleurs et les legos On dispose de feuilles de papiers Canson colorées ou de legos, d une source de lumière blanche, d une source de lumière colorée (qui peut prendre les trois couleurs primaires et les couleurs secondaires). - Allumer la source de lumière blanche. - Insérer sur la partie la plus lumineuse l objet coloré (une feuille de couleur ou un lego) et regarder la lumière diffusée par cet objet. Faire cette expérience avec plusieurs objets colorés. - Faites de même avec les lumières colorées Remplir le tableau suivant, en indiquant les couleurs perçues dans chaque cas. lumière rouge lumière verte lumière bleue lumière cyan objet rouge objet vert objet bleu Objet magenta objet cyan objet jaune Objet noir lumière jaune lumière magenta APPEL n 3 6. Sommes-nous tous capable de percevoir les objets de la même couleur? RETOUR AU TEXTE DE L INTRODUCTION 7. De quoi dépend alors la couleur d un objet? Applications : En s aidant de schémas (et sans regarder les résultats du poste n 4), répondre aux questions suivantes : 1- De quelle couleur voit-on une tomate éclairée par une lumière rouge? jaune? verte? bleue? cyan? 2- De quelle couleur voit-on un citron éclairé par une lumière rouge? jaune? verte? bleue? cyan?

7 Mise en évidence de la synthèse soustractive Pour comprendre de quoi dépend la couleur d un objet il faut définir la synthèse soustractive. Réaliser les différentes expériences et réponder aux questions. Poste n 1 : Les filtres colorés Matériel : -source blanche - lentille convergente - prisme - écran - filtres : bleu, jaune, rouge, vert,magenta et cyan On dispose d une source de lumière blanche, de filtres colorés, et de spectroscopes. - Observer avec le spectroscope le spectre de la lumière blanche émise par la source. - Placer le filtre rouge après la source de la lumière blanche (Attention! Ne pas le mettre trop près pour éviter de le brûler!). - Observer le spectre de la lumière sortant du filtre coloré. - Faire la même chose pour les autres filtres. 1) Décrire le spectre de la lumière blanche appelé spectre d émission continue et le spectre de la lumière à la sortie du filtre rouge appelé spectre d absorption. 2) Quelle est la différence entre ces deux spectres? Donner la définition d un spectre d émission et d absorption. APPEL n 1 Ou en cas de difficulté 3) Pour chaque filtre, indiquer les couleurs des radiations transmises, et des radiations absorbées. On pourra présenter les résultats dans un tableau. 4) Prévoir la couleur de la lumière si l on superpose au filtre rouge un filtre jaune. Vérifier expérimentalement. 5) Même question si l on superpose un filtre cyan à un filtre rouge. 6) L ordre de superposition des filtres a-t-il une importance?

8 APPEL n 2 Poste n 2 : les solutions colorées On dispose d une solution de permanganate de potassium et une solution de sulfate de cuivre dans une boîte de Pétri. Un réseau est posé sur la lampe du rétroprojecteur. 1) Quelle est l utilité du réseau? Proposer un autre objet qui pourrait remplir le même rôle. Poser les solutions l une après l autre sur la fente et observer sur le mur. 2) Dessiner les spectres obtenus. 3) Expliquer l allure des spectres d absorption, et le lien avec la couleur de la solution en utilisant les phénomènes d absorption et de transmission. 4) D après vous, y-a-t-il une différence entre un filtre et une solution colorée? Justifier. APPEL n 3 RETOUR AU TEXTE DE L INTRODUCTION : Mise en évidence de la synthèse soustractive Matériel : utilisation sur ordi du logiciel chroma 1) Lorsque la lumière traverse un filtre, un liquide coloré ou un objet coloré, il y a synthèse soustractive.pourquoi parle-t-on de synthèse soustractive? 2) Sur l application flash, cliquer sur synthèse soustractive et remplir le tableau suivant : Couleur absorbée n 1 Couleur absorbée n 2 Couleur absorbée n 3 Couleur observée Magenta Jaune cyan Jaune Magenta cyan Magenta cyan Jaune 3) Ici les couleurs primaires sont le jaune, le magenta et le cyan. Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse soustractive donne du noir. Déterminer les couleurs complémentaires. 4) Faite un schéma récapitulatif d une synthèse soustractive.

9 Vision et couleurs

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