THEME I : IMAGES ET COULEURS CHAPITRE 2 : COULEURS ET OBJETS. Synthèse additive, synthèse soustractive

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1 Première S THEME I : IMAGES ET COULEURS CHAPITRE 2 : COULEURS ET OBJETS TP 2 Synthèse additive, synthèse soustractive I. Introduction Situation 1 : Projection d un extrait du film «ABYSS» de James Cameron. Dans le film ABYSS, de James CAMERON, un plongeur d une plate-forme pétrolière doit couper un fil bleu et blanc pour désamorcer une tête nucléaire. Il a le choix entre deux fils : Un fil bleu et blanc Un fil jaune et noir Il ne dispose que d une source de lumière verte et choisit un fil au hasard De quelles couleurs apparaissent les deux fils éclairés en lumière verte? Pourquoi le plongeur ne peut-il pas bien différencier les deux fils? Dialogues de l extrait Screen: TOUCHDOWN Supervisors: -He made it. -Oh my god! -Ok Bud, we ll go step by step. Remove the detonator housing by unscrewing it counterclockwise. Screen: UNSCREWD Supervisors: All right, Bud. You have to cut the ground wire. Not the lead wire. It s the blue wire with the white stripe. Not, I repeat, not the black wire with the yellow stripe. Screen: CUTING STIL HERE Supervisors: -Ah, Ah, Ah! - He got it! -Yeah!!!! -Quiet! Save your air. Situation 2 : Synthétiser une couleur, c est constituer (naturellement ou artificiellement) une lumière que le cerveau va percevoir colorée. Les écrans plats LCD et les imprimantes permettent de reproduire les couleurs d une image. Les procédés mis en œuvre sont-ils identiques?

2 II. LES SYNTHESES A. La synthèse additive En observant l écran d un Smartphone au microscope, on voit une multitude de petites zones rouges, vertes et bleues juxtaposées. Il faut s intéresser au phénomène d addition de lumières colorées ou synthèse additive pour comprendre comment, avec un tel écran, on peut obtenir d autres couleurs. Matériel à votre disposition 2

3 Une lanterne (12V), avec miroirs latéraux permettant d obtenir trois faisceaux colorés - 3 Filtres (rouge, vert, bleu) - 3 Filtres (cyan, magenta, jaune) - Un écran blanc et un écran noir - Réseau - Feuilles de couleur - Fentes et caches 1. Expérience : Réaliser des expériences pour superposer les faisceaux colorés rouge, vert, ou bleu, deux à deux sur un écran blanc. Refaire la même chose avec trois faisceaux colorés. 2. Exploitation 1. Vous avez obtenu par superposition des trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu), 2 à 2, d'autres couleurs. Comment pourriez-vous qualifier les nouvelles couleurs obtenues? Combien en avez-vous obtenues? 2. Citer les nouvelles couleurs en indiquant à chaque fois comment vous les avez obtenues. Quel type de synthèse avez-vous réalisée? Additive ou soustractive? 3. Pourquoi un écran blanc éclairé à l'aide d'une lumière verte apparaît-il vert? En est-il de même avec une lumière rouge ou bleue? 4. Pourquoi un écran noir éclairé à l'aide d'une lumière verte apparaît-il noir? En est-il de même avec une lumière rouge ou bleue? 5. Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc. Quelles sont les couleurs complémentaires du vert, du rouge et du bleu? 6. De quelle façon est restituée l infinie variété de couleurs? Justifier en expliquant le rôle de l intensité lumineuse des lumières colorées. 7. Regrouper vos observations en complétant le schéma ci-dessous. Rouge Vert Bleu 3

4 B. La synthèse soustractive Une imprimante jet d encre reproduit les couleurs à partir d un mélange de pigments de couleurs cyan, magenta et jaune. Les encres utilisées se comportent comme des filtres et la synthèse des couleurs mise en jeu est dite soustractive. 1. Expérience : Intercaler une fente et un réseau entre la lampe de lumière blanche et l écran (les placer dans les fentes de la lanterne prévues à cet effet), et essayer d en obtenir le spectre. Ensuite, intercaler un filtre primaire : Rouge (R), puis Vert (V), puis Bleu (B). Recommencer avec les trois autres filtres répertoriés Magenta (M), Jaune (J) et Cyan (C). Recommencer en superposant deux filtres de couleurs primaires puis le filtre Rouge avec le filtre Cyan et/ou le filtre Bleu avec le filtre Jaune et/ou le filtre Vert avec le filtre Magenta. 2. Exploitation 1. Pour chaque filtre, décrire le spectre observé. 2. En déduire l'action d'un filtre sur la lumière. Quelles radiations transmet-il ou absorbet-il? 3. Lors de l usage de plusieurs filtres, quel type de synthèse avez-vous réalisé? Additive ou soustractive? 4. En synthèse soustractive quelles sont les couleurs dites primaires? 5. En synthèse soustractive, la superposition de deux filtres de couleurs complémentaires donne du noir. Quelles sont les couleurs complémentaires du jaune, du magenta et du cyan? 6. Pourquoi obtient-on du noir pour des filtres bleus et jaune superposés? Proposer une explication en faisant intervenir les phénomènes de transmission et d absorption de lumières colorées. 7. De quelle façon est restituée l infinie variété de couleurs dans la synthèse soustractive? Justifier 8. Regrouper vos observations en complétant le schéma ci-dessous. Cyan Magenta Jaune 4

5 III. Couleur d un objet Pourquoi voit-on un objet? Pourquoi un objet apparaît-il coloré? Quels phénomènes physiques sont impliqués? OBJET Epérience : Influence de la couleur de la lumière incidente Vous disposez de différentes feuilles colorées, observez les en les éclairant de différentes lumières obtenues en filtrant la lumière blanche. Eviter toute source de lumière extérieure. Noter leur couleur. Compléter le tableau ci-dessous (lorsque possible). Si vous rencontrer des difficultés, utiliser l animation : Couleur de la lumière utilisée R Couleur de l objet éclairé en lumière blanche R V B M C J Couleur de l objet éclairé V B M C J 2. Exploitation Interpréter l extrait du Film Abyss 5

6 Couleurs du fil sous lumière blanche Bleu/ Blanc Noir/ Jaune Couleur de la lumière Vert Vert Couleur de l objet éclairé Pourquoi Bud coupe-t-il n importe quel fil? BILAN : Un objet non transparent est vu blanc parce qu'il. l'ensemble des radiations de la lumière blanche. Il sera vu coloré lorsqu'il ne. des radiations. Une solution est vue transparente parce qu elle.l ensemble des radiations de la lumière blanche. Elle sera vue colorée si elle..certaines radiations. IV. A PROPOS DES DOCUMENTS 1. L écran LCD = Processus RVB 1. Qu appelle-t-on pixel sur un écran? 2. Quel rôle jouent les cristaux liquides? 3. Comment un pixel d un écran LCD peut-il être perçu d une certaine couleur? 4. Compléter le tableau ci-dessous en indiquant dans chaque cas les couleurs des sous pixels illuminés et la couleur complémentaire du pixel. 5. Comment obtenir un pixel noir? 6. Expliquer l appellation RVB du processus. 2. L imprimante à jet d encre = processus CMJN 1. Peut-on obtenir du noir avec les couleurs cyan, magenta et jaune contenues dans les cartouches d encre? Si c est le cas, pourquoi utilise-t-on en plus une cartouche d encre noir? 2. Pour imprimer en couleur, une imprimante projette sur une feuille blanche de minuscules gouttes d encre colorée. a. Avant d être imprimée, la feuille blanche absorbe-t-elle des radiations visibles? b. Pour imprimer un rectangle en couleur, l imprimante projette de l encre magenta puis de l encre jaune. Indiquer le rôle de chaque encre sur la lumière blanche qui éclaire la feuille puis sur la lumière diffusée par le papier. Quelle est la couleur du rectangle imprimé? Faire un schéma. 6

7 BILAN : Animations qui vous permettent de visualiser les différentes synthèses Animation qui vous permettent de visualiser les couleurs des objets sous différentes sources colorées. La synthèse additive est la superposition de lumières colorées. Les couleurs primaires de la synthèse additive sont le rouge, le vert, le bleu. Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc. La synthèse additive de deux lumières colorées primaires donne une lumière colorée secondaire La synthèse additive de deux lumières colorées complémentaires donne une lumière blanche La synthèse soustractive est l absorption de lumières colorées. Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont le cyan, le magenta, le jaune. Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse soustractive donne du noir. Les écrans qui équipent les téléphones, ordinateurs,.. utilisent le principe de la trichromie et la synthèse additive. La diffusion est le phénomène par lequel un objet éclairé renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière incidente. La transmission est le phénomène par lequel un objet transparent est traversé par une partie de la lumière incidente. L absorption est le phénomène par lequel un objet éclairé absorbe une partie de la lumière incidente. Utilisation du cercle chromatique 7