Notions et Contenus :

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1 Couleur des objets Sommaiire -I- La lumière Sources de lumière. (voir DE) Analyse de la lumière. Radiations lumineuses Rappels : spectre de raies d émissions et spectre d absorption. (voir DE) II- Couleur des corps chauffés Spectre et température Loi de WIEN. (voir activité) III- Formation de lumières colorées Synthèse additive des couleurs. (voir DE) Synthèse soustractive des couleurs. (voir DE) IV- Couleur des objets. (voir DE) D où provient la couleur d un objet? Absorption, transmission et diffusion V- Restitution des couleurs par un écran plat. (voir DE) VI- Vision des couleurs Couleur perçue et couleur spectrale. (voir DE) Perception des couleurs par l œil. (voir Doc) Cellules photosensibles de la rétine Restitution des couleurs par l'œil Anomalies de l œil Notions et Contenus : Domaines des ondes électromagnétiques. Différentes sources de lumière : étoiles, lampes variées, laser, DEL, etc Couleur des corps chauffés. Loi de Wien. Synthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission. Couleurs des objets. Principe de la restitution des couleurs par un écran plat (ordinateur, téléphone portable, ) Vision des couleurs et trichromie. Daltonisme. Compétences attendues : Connaître les limites en longueur d onde dans le vide du domaine visible et situer les rayonnements infrarouges et ultraviolets. Distinguer une source polychromatique d une source monochromatique caractérisée par une longueur d onde dans le vide. Exploiter la loi de Wien, son expression étant donnée. Utiliser les notions de couleur blanche et de couleurs complémentaires. Prévoir le résultat de la superposition de lumières colorées et l effet d un ou plusieurs filtres colorés sur une lumière incidente. Recueillir et exploiter des informations sur le principe de restitution des couleurs par un écran plat. Interpréter la couleur observée d un objet éclairée à partir de la lumière incidente ainsi que des phénomènes d absorption, de diffusion et de transmission. Pratiquer une démarche expérimentale permettant d illustrer et comprendre les notions de lumière colorée. Pratiquer une démarche expérimentale permettant d illustrer et comprendre les notions de couleurs par un écran plat. Distinguer couleur perçue et couleur spectrale. j f La vérité est ce qui passe l'épreuve de l'expérience. 1/5

2 Couleurs et sources de lumière Comme l a dit un célèbre peintre : «Je sais que le secret le plus profond et le plus essentiel de l action des couleurs demeure invisible même pour l œil et ne peut être contemplé que par le cœur.» Comment observer et interpréter les couleurs des objets à partir de différentes lumières pour pouvoir les reproduire? La couleur d un objet change avec la lumière qui l éclaire ; elle n est donc pas une propriété intrinsèque de l objet. -I- La lumière. La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380 nm à 780 nm (le symbole nm désigne le nanomètre). La lumière est intimement liée à la notion de couleur. C'est Newton qui propose pour la première fois au XVII e siècle un cercle des couleurs chromatiques basé sur la décomposition de la lumière blanche. Isaac Newton ( ) est un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour sa théorie de la gravitation.(que nous verrons plus tard dans l année en mécanique.) 1. Sources de lumière. (Voir DE) Sources à incandescence : Tout corps chaud émet un rayonnement électromagnétique dans le visible lorsqu il est maintenu à une température suffisamment élevée : c est le phénomène d incandescence. Sources à luminescence : Tous les processus d émission de lumière autres que l incandescence sont qualifiés de luminescence. Ex : lampes à décharges, lampes fluorescentes, diodes électroluminescences (DEL). 2. Analyse de la lumière. Radiations lumineuses. La décomposition de la lumière blanche, par un prisme ou un réseau, donne un spectre continu qui s étend du rouge au violet. La lumière blanche est polychromatique. Une lumière qui ne peut pas être décomposée par un système dispersif est dite monochromatique : c est une lumière d une seule couleur. A chaque radiation monochromatique est associée une longueur d onde λ. Ex :Lumière d un laser He-Ne est une source monochromatique rouge (λ = 632,8 nm). La lumière blanche est un rayonnement qui contient toutes les radiations de longueurs d ondes comprises entre 400 et 800nm. L œil humain est sensible à ces radiations. Les radiations lumineuses sont des radiations électromagnétiques parmi d autres. Ultra violet (UV) : UV A : 320 < λ < 400 nm => bronzage UV B : 280 < λ < 320 nm => coup de soleil, brulure UV C : λ < 280 nm => n atteignent pas la surface de la Terre (sauf en Haute montagne), ozone Infra rouge (IR) : émis par les corps chauds (effet de serre, télécommande, alarme, photographies, thermographie en médecine, ) j f La vérité est ce qui passe l'épreuve de l'expérience. 2/5

3 3. Rappels : spectre de raies d émission et spectre d absorption. (Voir DE) Un élément chimique absorbe les radiations qu'il est capable d'émettre. Les raies d'absorption et d'émission ont la même longueur d'onde. Le spectre de raies est la signature de l'élément chimique. La raie noire du spectre d'absorption du sodium correspond à la raie jaune de son spectre d'émission.(en faite c est une double raie!) Les raies noires du spectre d'absorption du mercure correspondent aux raies colorées de son spectre d'émission. -II- Couleur des corps chauffés. 1. Spectre et température. Un corps chaud émet un rayonnement dont le spectre s'enrichit en longueurs d'ondes courtes (bleu et violet) lorsque sa température augmente. Rayonnement thermique : rayonnement électromagnétique de spectre continue qui dépend de la température d un corps dense. Application : La pyrométrie, en astrophysique, permet de déterminer la température moyenne de surface d une étoile. (Voir activité) 2. Loi de WIEN. (Voir activité) Un «corps noir» est un objet théorique qui absorberait toutes les radiations qu'il reçoit en n'en réfléchissant aucune. Le spectre de la lumière émise par un tel corps serait continu et ne dépendrait donc que de sa température. Un corps noir n existe rigoureusement pas. L'objet réel qui se rapproche le plus de ce modèle est l'intérieur d'un four. C'est d'ailleurs en utilisant un four que le physicien allemand Wilhelm Wien ( ) met en évidence une loi empirique (qui découle de l'expérience). Wien reçoit le prix Nobel de physique en 1911 pour ses travaux sur le rayonnement du corps noir. La loi de Wien montre que la longueur d'onde λ max de la radiation la plus lumineuse émise par un corps noir est inversement proportionnelle à la température T du corps: λ max T = 2,90 x 10-3 m. K (= constante) λ max en mètre (m) et T en Kelvin (K) Rappel: T(en K) = θ(en C) Remarques : Le rayonnement thermique de certains corps (les étoiles, le fil d une lampe à incandescence, le corps humain, ) est comparable à celui d un corps noir. Connaissant la longueur d onde λ max à laquelle ils émettent le maximum d intensité lumineuse, on peut déterminer leur température T et inversement. La loi de déplacement de Wien nous montre que lorsqu on chauffe un corps, son spectre se décale vers le violet. -III- Formation de lumières colorées. 1. Synthèse additive des couleurs. (Voir DE) La synthèse additive de couleurs est obtenue par superposition de couleurs primaires. j f La vérité est ce qui passe l'épreuve de l'expérience. 3/5

4 Si nous superposons 2 couleurs primaires, nous obtenons les couleurs secondaires : Bleu + Vert = cyan Bleu + Rouge = magenta Rouge + Vert = jaune Chaque couleur secondaire est la couleur complémentaire de la troisième couleur : Cyan couleur complémentaire du rouge. Magenta couleur complémentaire du vert. Jaune couleur complémentaire du bleu. La superposition des 3 couleurs primaires donne la lumière blanche. Rouge + Vert + Bleu = blanc Ce procédé est utilisé pour les écrans de télévision, et au niveau de notre œil. Nous possédons des capteurs sensibles aux 3 couleurs primaires, ce qui nous permet de synthétiser toutes les couleurs que nous voyons. 2. Synthèse soustractive des couleurs. (voir DE) La synthèse soustractive des couleurs est une méthode qui consiste à retrancher certaines couleurs à la lumière blanche. C est la synthèse que nous réalisons avec des filtres, des encres colorées ou des peintures. Le filtre cyan ne laisse passer que les lumières bleu et vert. Le filtre magenta ne laisse passer que les lumières rouge et bleu. Le filtre jaune ne laisse passer que les lumières vertes et rouges. Lorsque les 3 filtres, cyan, magenta et jaune, sont superposés, toutes les couleurs sont absorbée, nous obtenons alors du noir. Le noir ne peut donc être considéré comme une couleur : c est l absence de lumière. Application : Cette technique est utilisée par les imprimantes couleur, avec 3 cartouches d encres différentes nous obtenons toutes les couleurs. -IV- Couleur des objets. (voir DE) 1. D où provient la couleur d un objet? La couleur d un objet dépend de la composition de la lumière qu il reçoit. Un objet blanc diffuse toutes les lumières alors qu un objet noir absorbe toutes les lumières. La couleur propre d un objet est la couleur de la lumière qu il diffuse lorsqu il est éclairé en lumière blanche. Ex : Un citron apparait jaune lorsqu il est éclairé en lumière blanche. C est ça couleur propre. Si nous l éclairons en lumière rouge, le citron apparaît rouge, car le jaune du citron est constitué de rouge. Si nous l éclairons en lumière bleu, le citron apparaît noir, car le jaune du citron n est pas constitué de bleu. Si nous l éclairons en lumière cyan, le citron apparaît vert car le jaune du citron est constitué de vert et le cyan est aussi constitué de vert. 2. Absorption, transmission et diffusion. La surface d un objet éclairé peut : Laisser passer une partie de la lumière incidente ; c est le phénomène de transmission ; Renvoyer une partie de la lumière incidente dans toutes les directions ; c est le phénomène de diffusion ; Ne pas envoyer une partie de la lumière incidente ; c est le phénomène d absorption. j f La vérité est ce qui passe l'épreuve de l'expérience. 4/5

5 -V- Restitution des couleurs par un écran plat.(voir DE) La restitution des couleurs par un écran luminophores (LCD (liquid cristal display) ou DEL (diodes électroluminescences)) est obtenue par synthèse additive des couleurs Rouge, Verte, Bleue (RVB) reçues par l œil. Ex : Pour un écran à cristaux liquides, chaque pixel RVB possède 256 niveaux d éclairements différents, ce qui permet la production de plus de 16,7 million de couleurs différentes. L œil ne pouvant pas les distinguer, il s en satisfait pleinement. Remarque : Résolution d un écran = nombre de pixels par ligne nombre de lignes. -VI- Vision des couleurs. 1. Couleur perçue et couleur spectrale. (voir DE) Couleur perçue : Jaune non spectrale : Jaune spectrale : rouge + vert = jaune Des lumières qui ont des spectres différents peuvent produire la même sensation de couleur pour un observateur. 2. Perception des couleurs par l œil. (voir Doc) 1.2. Cellules photosensibles de la rétine. L'image d'un objet observé par l'œil se forme sur la rétine. Sur celle-ci, se trouvent des cellules photosensibles, qui transforment les informations lumineuses en signaux électriques : les bâtonnets réagissent aux faibles luminosités et permettent la vision nocturne, mais sont insensibles à la couleur ; les cônes, de trois types, sont sensibles aux fortes luminosités de couleur rouge, verte et bleue. Chaque type de cône n'est sensible qu'à une couleur Restitution des couleurs par l'œil. La perception des couleurs est le résultat d'une combinaison de calculs de luminosité réalisés par les différents cônes comportant des pigments sensibles à des longueurs d'onde spécifiques du spectre lumineux. L'activité relative des trois types de cônes, chacun sensible à un type de lumière colorée (rouge, verte ou bleue), permet au cerveau de restituer toutes les couleurs. Chez l'homme, la vision est normalement trichromique. Lorsqu'un de ces trois types de cônes ne fonctionne pas, on parle de daltonisme. Lorsqu'aucun cône ne fonctionne, l'individu ne voit aucune couleur, et on dit alors qu'il est atteint d'achromatopsie Anomalies de l œil. Ces anomalies de perception des couleurs sont liées au dysfonctionnement ou à l'absence d'un ou plusieurs types de cônes. Les daltoniens confondent certaines teintes de rouge et de vert. C est une anomalie de la perception des couleurs due à l absence ou au manque de sensibilité d un ou plusieurs types de cônes. Les achromates ne différencient pas les couleurs. j f La vérité est ce qui passe l'épreuve de l'expérience. 5/5