L ARPENTEUR DU WEB : PIGMENTS, COLORANTS, SYNTHÈSE DES COULEURS

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1 L ARPENTEUR DU WEB : Le thème «couleur des objets» est récurrent dans les programmes de sciences physiques de collège et de lycée. Les parties abordées sont d une extrême richesse et diversité, et permettent de mettre progressivement en place les premières notions de physique ondulatoire, avec une place spécifique donnée aux méthodes spectroscopiques. Les ressources et outils disponibles sur le web, pour illustrer bon nombre des savoirs à développer pour cette partie, tant en cours que lors d activités expérimentales, sont considérables. Dans cette rubrique, on s intéresse à deux thèmes qui sont abordés souvent en début d année, en classe de seconde et en classe de première S, voire même de première ES & L, à savoir : couleur d un corps : pigments et colorants ; couleur d un corps : synthèse additive. Nous nous limiterons à quelques sites Internet qui offrent des ressources permettant d apporter soit des illustrations immédiates, soit des outils plus spécifiques se prêtant à la mise en place d activités expérimentales. 1. PIGMENTS ET COLORANTS Cette partie du programme est pratiquement commune aux classes de première L & ES et à celles de S Les ressources pédagogiques du CNRS Pour aborder ces notions, des pages, déjà anciennes, sont proposées par le CNRS. Elles restent d une grande valeur dans le cadre d une «autoformation» des élèves. Figure 1 : copie d écran de la page d accueil DOSSIERS COULEURS CNRS Ce site apporte une excellente introduction à cette thématique en essayant de répondre, dans une démarche historique affirmée, aux questions suivantes : qu est-ce que la «couleur»? Comment cette notion a évolué au fil du temps? Que nous dit la science contemporaine? qu est-ce qu un pigment? Un colorant ou teinture? Comment les obtient-on et pour quels usages? 1

2 La distinction entre «colorant» et «pigment» est délicate. Aussi, on peut lire en avant-propos, dans ce site, la convention suivante : «Les pigments sont généralement insolubles. Ils se fixent à la surface de l objet. Après les avoir finement broyés, on les mélange généralement à un liant plus ou moins fluide pour obtenir des fards, peintures, enduits, encres Au contraire des pigments, les teintures sont absorbées par le support et s unissent chimiquement aux molécules qu elles colorent». De nombreuses vidéos, très intéressantes, illustrent les différentes rubriques. Malheureusement, elles sont proposées en «flux continu» («streaming») selon le vieux format realplayer rm que peu de plugins sont capables de lire (en principe, celui très utilisé actuellement de VLC le supporte). Qui plus est, le serveur du CNRS duquel sont exportées ces vidéos est actuellement en dérangement. Nous contacter pour en obtenir certaines, dans un format plus «moderne» compatible avec les lecteurs d aujourd hui D autres sites remarquables le pastel : Toulouse fut le «pays de cocagne», une richesse liée à l obtention du «pastel». Ce pigment d origine naturelle a bien périclité mais a été relancé de façon artisanale dans le Gers notamment : Figure 2 : copie d écran de la page d accueil du «BLEU DE LECTOURE» Dans ce site une vidéo de 8 minutes permet d exposer les principales étapes conduisant à la formation de ce pigment très recherché avant que l indigo s impose! 2

3 l ocre : C est un peu LE pigment de la Provence qui égaie les murs des maisons traditionnelles. L ocre est toujours exploité et un site lui est consacré : Figure 3 : copie d écran de la page d accueil des «OCRES DE FRANCE» Les fiches techniques présentes sont très intéressantes pour le chimiste (compositions, propriétés physiques, précautions d emploi, toxicologie, etc.). L ocre est en général une poudre riche en silice SiO 2, oxyde de fer (III) Fe 2 O 3 et alumine Al 2 O 3. Pour les passionnés, qui résident non loin de certains lieux d extraction ou de passage en vacances dans le Vaucluse, il est intéressant de faire une visite de carrière : La Provence n a pas le monopole de l extraction de l ocre. Ainsi dans le Cher, son exploitation a été active et un musée lui est consacré, «l ocre de Saint Georges» : Figure 4 : un extrait de l histoire de «L OCRE DE SAINT GEORGES» (MUSÉE DE L OCRE) 3

4 les pigments et les artistes peintres : Voici un lien intéressant dû à une société savante qui aide les peintres de tradition bysantine à réaliser leurs icônes! Figure 5 : copie d écran de la page de présentation des pigments «ATELIER DE SAINT PIERRE» Dans ce site sont dénombrés un grand nombre de pigments, d origine végétale ou minérale, tout en rappelant chaque fois la couleur obtenue ainsi que la composition chimique de chacun de ces pigments. Bien entendu, les fabricants de gouache ou de tubes de peinture sont nombreux à proposer leur site Internet sur cette partie qui tend à illustrer les pratiques artistiques (programme de première L & ES). Par exemple, citons : (un très beau site pour ce fournisseur réputé). Il serait vain d énumérer tous les sites consacrés aux pigments et colorants qui présentent un intérêt pour nos élèves! 4

5 2. COULEURS ET SYNTHÈSE ADDITIVE DES COULEURS 2.1. Notions abordées au lycée Rappelons quelques objectifs de nos programmes de seconde, première L & ES ou S, terminale S : 1. la couleur est indissociable de la lumière, ce qui fut compris dès la renaissance italienne. Ainsi Leon Battista ALBERTI écrivit en 1435 : «Si la lumière meurt, les couleurs meurent également, et lorsque la lumière revient, les couleurs se rétablissent en même temps que la force des lumières». 2. C est Isaac NEWTON qui relie les couleurs à des considérations physiques, grâce à l étude du phénomène de dispersion de la lumière blanche par un prisme, puis grâce à l examen des couleurs d une lame mince, éclairée en lumière blanche, comme la membrane d une bulle de savon. 3. Après avoir caractérisé les radiations émises par une source de lumière, les physiciens ont cherché à rendre compte des couleurs des corps éclairés. On a appris à distinguer les couleurs obtenues par des phénomènes : de réfraction ; de diffusion ; de diffraction et interférences ; d absorptions sélectives. 4. Il n y a pas perception des couleurs sans photocapteur : il sera donc nécessaire de comprendre le mécanisme de perception des couleurs par la rétine de l œil, ou même par une barrette CCD d un appareil photo numérique. 5. Enfin, il est nécessaire de comprendre comment on peut reconstituer visuellement la plupart des couleurs possibles par superposition de trois lumières monochromatiques en opérant, dans des proportions convenables soit des mélanges (ou superpositions) «additifs», soit des mélanges «soustractifs» de 3 teintes. C est ce dernier point «5.» que nous allons illustrer ici en nous référant à un seul site Internet, extrêmement riche en possibilités et outils divers pour illustrer la notion de «synthèse» Figure 6 : copie d écran du portail d entrée du site «POURPRE.COM» 5

6 Le site pourpre.com permet d illustrer un certain nombre de notions parmi lesquelles : les couleurs et les modèles les définissant ; les nuanciers ; Il propose différents outils (roues chromatiques, nuancier «chromograf» paramétrable en ligne, logiciel «la boîte à couleurs») ainsi que des rubriques récréatives (comment nommer une couleur par exemple?). Examinons ces différents points tels qu ils sont abordés dans ce site 2.1. Les couleurs : nuanciers et modèles C est la partie la plus étoffée du site, au cœur de nos programmes pour nous permettre d aller plus loin! Le site référence les différents codages permettant de créer un nuancier : système américain «MUNSEL» standardisé en ISCC-NBS, standard suédois «NATURAL COLOR SYSTEM» ou NCS, système américain «PANTOME»,»OSTWALD», etc. Figure 7 : Le système de codage «OSWALD» décrit dans pourpre.com 6

7 Le site insiste sur ces définitions essentielles : «Alors que certains cherchent à nommer ou à caractériser de façon stable un ensemble réduit de couleurs en élaborant des nuanciers, d autres se penchent sur le problème de la modélisation des couleurs. Il s agit d'établir une formule ou une méthode permettant de caractériser une couleur quelconque : avec un nuancier, vous partez des échantillons de couleurs pour en choisir une ; avec un modèle, vous partez de votre couleur, et vous la caractérisez par rapport au modèle en question». Le plus souvent, un modèle est bâti en définissant une couleur par la donnée de 3 composantes : le plus connu est le RVB que nous évoquons dans nos programmes. Figure 8 : Le modèle RVB, extrait du site pourpre.com Le site explique de façon très pédagogique le principe du codage hexadécimal utilisé, ce qui permet de bien faire comprendre le propos abordé dans la partie «codage de l information» de notre programme de TS. 7

8 2.2. Synthèse additive : un outil en ligne remarquable, «le CHROMOGRAF» Cet outil permet de créer des nuanciers par synthèse additive RVB : on peut alors parfaitement illustrer, depuis l écran de son ordinateur cette partie du programme. Voici un exemple d activité que l on peut proposer aux élèves Il s agit de reconstituer visuellement la plupart des couleurs en superposant en proportion convenables trois lumières monochromatiques, à condition qu aucune d entre elles ne puisse être obtenue par superposition des deux autres. Ces couleurs sont dites «primaires». C est le principe de la synthèse additive des couleurs ou trichromie additive. Une possibilité est le codage «RVB». Conventionnellement, on peut choisir par exemple un «bleu» à 436 nm, un «vert» à 546 nm et un «rouge» à 700 nm Cas de l écran à cristaux liquides d un téléphone portable Allumer son téléphone portable et observer une zone émettrice de lumière blanche de l écran au microscope en prenant l objectif au plus faible grandissement 10. Dessiner ce qui est observé. Quels ont les pixels allumés? On dispose d un oculaire 10, muni d un micromètre gradué au 1 / 10 e de mm, qui permet ainsi de pointer les dimensions de l image donnée par l objectif. Quelle est la taille de l image d un «pixel» de l écran de votre téléphone? En déduire la taille réelle d un pixel. Indiquer comment vous avez procédé. Observer des zones de votre écran diversement colorées et indiquer quels sont alors les pixels «allumés» Cas de l écran à cristaux liquides de l ordinateur Saisir l oculaire 10 de votre microscope et le tourner (du bon côté!) juste au-dessus de l écran allumé de votre ordinateur. Que voyez-vous? Lancer l application appelée «CHROMOGRAF» (on peut aussi utiliser le logiciel «la boîte à couleurs» téléchargeable dans le même site). Le but est de créer une teinte (voir copie d écran ci-dessous) et d examiner quels sont les pixels allumés pour les couleurs «pures» puis mélanges obtenus de la façon suivante : 100 % B : pixels allumés ; 100 % R : pixels allumés ; 100 % V: pixels allumés. 100 % B % V : pixels allumés. La couleur obtenue est un cyan. 100 % B % R : pixels allumés. La couleur obtenue est un magenta. 100 % V % R : pixels allumés. La couleur obtenue est un. 100 % R % V % B, puis toute autre couleur en notant les mélanges (exprimés en %) de R, V, B. Fig. 9 : couleur construite avec le logiciel CHROMOGRAF : Cliquer à gauche de l écran sur l icône «goutte» rouge, ou verte, ou bleu puis sur une case du nuancier ouvert. 8

9 On peut faire remarquer aux élèves que chaque teinte obtenue résulte d un % donné de R, V, B et qu un code hexadécimal lui est affecté. On peut le mettre au défi de créer du «noir» ou de définir le «marron». Mieux, avec un spectroscope fibré que désormais beaucoup de lycées possèdent, on peut vérifier les longueurs d onde correspondant aux teintes obtenues sur l écran de l ordinateur. Voici par exemple ce qui est analysé dans le cas d une teinte 100 % R, 0 % V et 0 % B. Fig : teinte «rouge» d écran d ordinateur construite avec le logiciel CHROMOGRAF et analysée avec un spectroscope fibré. Ou encore : 100 % R, 100 % V, 0 % B : ce qui donne en réalité : Fig. 12 : teinte «jaune» d écran d ordinateur construite avec le logiciel CHROMOGRAF et analysée avec un spectroscope fibré. 9

10 2.3. Une récréation : nommer les couleurs Donner un nom à une couleur, c est bien! La définir, c est mieux! Le dictionnaire Chroma, de pourpre.com, en assure ainsi un dénombrement impressionnant! Fig. 13 : n est pas bouton d or qui veut! Et pour jouer en ligne, «du goût et des couleurs» : 3. ET POUR CONCLURE Sur Internet, on peut en voir de «toutes les couleurs»! Voilà qui permet de sortir de la grisaille de nos cours! 10