La tenture de l apocalypse d Angers

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1 La tenture de l apocalypse d Angers La tenture de l Apocalypse d Angers est une représentation de l Apocalypse de Jean réalisée à la fin du XIV e siècle. L ensemble, initialement composé de sept pièces, dont six sont conservées, est exposé dans une des galeries du château d Angers. Les coloris mis en œuvre, lors de la conception de la tenture, sont issus des teintures végétales : la gaude (plante à fleurs jaunâtres) pour le jaune, la guède (plante de la famille des Brassicacées) pour le bleu pastel, la garance (plante herbacée) pour le rouge. Mais les pigments utilisés au Moyen Âge tiennent peu dans le temps, beaucoup moins que les pigments chimiques utilisés à partir du XIX e. En 1867, la tenture de l Apocalypse d Angers est mise à l abri à l occasion de l Exposition universelle. Malheureusement les pigments naturels du XIV e siècle n ont pas survécu. Une grande variété de verts a été utilisée pour cette tenture. Cependant ces derniers ont viré au bleu plus ou moins foncé. C est que le vert est constitué d un mélange de cyan et de jaune. En 1982 la galerie d exposition est réaménagée : l éclairage de la tenture est limité à 40 lux. Aujourd hui la tenture est conservée dans un lieu sombre, à une température constante (19 C) et avec un degré d hygrométrie maîtrisé, pour mieux la protéger. D après La tenture de l apocalypse d Angers, Liliane Delwasse, Editions du Patrimoine.

2 Pigment : substance à l état sec, généralement en poudre fine, pratiquement insoluble dans les milieux de suspension usuels, utilisée en raison de son pouvoir colorant ou de son pouvoir opacifiant élevé, en particulier dans les préparations de peintures ou d enduits de protection et de décoration. D après http :// Colorant : espèce soluble dans un milieu qu elle colore.

3 1 D après les documents, donner la raison pour laquelle on a remplacé à partir du XIX e siècle les pigments naturels par des pigments de synthèse. 2 On s intéresse à la détérioration des couleurs de la tenture. Parmi les propositions suivantes, le paramètre qui n est pas impliqué dans la détérioration des couleurs de la tenture est : (Cocher uniquement la réponse exacte.) la température la pression l hygrométrie la luminosité 3 On s intéresse aux colorants présents dans un mélange. Pour déterminer la présence de colorants dans un mélange liquide et homogène, on peut réaliser : (Cocher uniquement la réponse exacte.) une décantation une filtration une chromatographie une macération 4 Dans le document 1, il est écrit au sujet des couleurs de la tenture : «le vert est constitué d un mélange de cyan et de jaune». Indiquer le type de synthèse de couleurs dont il est question. 5 On s intéresse à la couleur de la tenture éclairée. Éclairé en lumière verte, le bleu de la tenture apparaît : (Cocher uniquement la réponse exacte.) bleu vert cyan noir

4 Pas à pas 1 Les techniques de coloration ont évolué au XIX e siècle. En effet, les pigments naturels sont remplacés par les pigments de synthèse. Vous devez expliquer que différents paramètres agissent sur les pigments naturels et modifient leur couleur. Cette instabilité est un inconvénient important pour les peintures et les tentures qui ne présentent plus les couleurs d origine. Il s agit de préciser ce que l on entend par pigments naturels et par pigments de synthèse. Vous pouvez citer les exemples du document et ceux que vous connaissez. La raison de l utilisation de pigments de synthèse est l instabilité des couleurs des pigments naturels. À partir de l exemple de la tenture de l Apocalypse d Angers, on montre que les facteurs lumière et humidité ont modifié notamment les verts en bleu. Hygrométrie : degré d humidité de l air. Teinture : colorant dissous dans une fibre. 2 Plusieurs paramètres entrent en jeu dans la stabilité des couleurs des tentures. À vous de préciser celui qui n intervient pas. La détérioration des couleurs se fait sous l action de la lumière, de la température et de l humidité ou du ph. 3 Il s agit de choisir parmi les techniques proposées celle qui permet de séparer les différents colorants d un mélange. Un colorant est soluble dans le liquide dans lequel il se trouve. Décantation : laisser reposer un liquide pour le séparer des matières solides en suspension qu il contient. Filtration : procédé qui consiste à faire passer le liquide dans un filtre qui en retient les matières en suspension. Chromatographie : la chromatographie sur couche mince permet de séparer les différents constituants d un mélange. L éluant migre sur un papier par capillarité et entraîne les différents constituants qui se séparent et apparaissent comme des tâches. Macération : procédé qui consiste à laisser séjourner dans un liquide une substance pour l accommoder, la conserver... 4 Il s agit de préciser le type de synthèse, additive ou soustractive mise en jeu, sachant que l on vous précise dans la question que le vert est constitué d un mélange de cyan et de jaune. La synthèse additive des couleurs résulte de superposition de faisceaux colorés rouge, vert et bleu, couleurs primaires. La synthèse soustractive intervient dans la superposition des encres colorées, donc pour le peintre. Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont le cyan, le magenta et le jaune. C est cette synthèse qui doit être expliquée. 5 La couleur apparente d un objet dépend à la fois de sa couleur, de la lumière qu il reçoit et de la synthèse des lumières reçues par l œil.

5 Pas à pas Quel sera la couleur d un objet bleu éclairé par du vert? Les trois couleurs primaires de la lumière blanche sont le vert, le bleu et le rouge. L objet bleu absorbe le rouge et le vert et renvoie le bleu qui est le couleur visible de l objet. Si on éclaire cet objet avec une couleur verte, il absorbe le vert mais ne peut diffuser le bleu qu il ne reçoit pas, il apparaît donc en noir.

6 1 La tenture de l Apocalypse d Angers date du XIV e siècle. Les coloris ont été réalisés à partir de pigments naturels provenant de minéraux ou de plantes... Par exemple le jaune provient de la gaude, le bleu pastel de la guède, le rouge de la garance. Malheureusement ces pigments tiennent peu dans le temps. Ainsi, les verts de la tenture ont viré au bleu. Les teintes d origine n ont pas pu être conservées. Différents paramètres, la lumière, l humidité, le ph, la température peuvent influer sur les pigments. Les conditions de conservation sont donc désormais très contrôlées et la tenture est exposée dans un lieu sombre, à une température de 19 C et avec un degré d hygrométrie maîtrisé. À partir du XIX e siècle, les artistes utilisent les pigments de synthèse réalisés dans des usines, par exemple l alizarine ou l indigo qui présentent une meilleure stabilité que les pigments naturels. 2 Le paramètre qui n est pas impliqué dans la détérioration des couleurs de la tenture est la pression. 3 Pour déterminer la présence de colorants dans un mélange liquide et homogène, on peut réaliser une chromatographie. 4 Le peintre dépose des pigments colorés qui absorbent une partie de la lumière visible. Les couleurs primaires sont celles qui absorbent une des trois composantes de la lumière, le cyan absorbe le rouge, le magenta absorbe le vert et le jaune absorbe le bleu. Ainsi en synthèse soustractive, le mélange du cyan et du jaune en quantités égales donne du vert puisque les lumières rouge et bleue sont absorbées. Le cercle chromatique est une représentation conventionnelle des couleurs. Il permet de retrouver les lumières complémentaires absorbées puisqu elles sont disposées à l opposé sur le cercle. 5 Éclairé en lumière verte, le bleu de la tenture apparaît : noir.

7 Les théories de la vision «Pourquoi diable dit-on «jeter un coup d œil» ou «foudroyer du regard»? Les bizarreries de la langue française rappellent une vieille controverse : comment fonctionne la vision? Et quel est son «sens» : de l œil à l objet ou de l objet à l œil? La dispute scientifique remonte à l Antiquité. En lice : deux théories, connues sous les noms d intromission et d émission. La première, assignant l œil un rôle passif, décrivait le phénomène de la vision par un quelque chose allant de l objet à l œil. La seconde, octroyant à l œil un rôle plus actif, expliquait la vision par un quelque chose allant de l œil à l objet. Pour les mathématiciens Euclide et Ptolémée tenants de l émission, des rayons visuels jaillissaient de la pupille pour partir à la rencontre de l objet. Pour les partisans de l émission, l existence d un feu oculaire était une croyance tenace, corroborée par l observation de l œil des félins, qui luisait dans l obscurité, et par l existence de sensations lumineuses surgissant dans l œil à l occasion d un choc ou d un traumatisme. À l encontre de la thèse de l émission, en revanche, s inscrivait l absence de vision nocturne. Un œil émetteur aurait dû être en mesure de remplir ses fonctions même dans l obscurité. La mise en évidence du rôle de la lumière en tant qu agent de la sensation visuelle allait émerger à la charnière du xe et du xie siècle, grâce au mathématicien, physicien et astronome arabe Al-Hasan Ibn al-haytham appelé encore Alhazen. Ses réflexions et expériences l amenèrent à condamner sans appel la théorie de l émission. Ce fut ensuite grâce à un astronome allemand, Johannes Kepler, que la théorie de l intromission allait marquer un point de plus, en Il montra que le cristallin, milieu transparent se substituait à une lentille et que la rétine tenait lieu d écran et se révélait ainsi véritable agent sensoriel. L image rétinienne fut effectivement observée quelques années plus tard, en 1625, par le jésuite allemand Christoph Scheiner. Ce dernier avait pratiqué une petite ouverture au fond de l œil d un bovin mort, de manière à dégager la rétine. À travers cette ouverture, il observa une image renversée des objets à l entour». 1 Le document présente deux théories opposées sur la propagation des rayons lumineux. Nommer et représenter l hypothèse de chacune de ces théories sous la forme d un schéma simplifié. Quelle théorie Alhazen a-t-il défendue? 2 À l aide du document, expliquer pourquoi Kepler a joué un rôle capital dans la compréhension de la conception de la vision. 3 À notre époque, le physicien utilise le «modèle réduit de l oeil» pour expliquer le principe de fonctionnement de l oeil en tant «qu instrument d optique». Quels sont les deux éléments indispensables qu il associe à ceux de l oeil réel?

8 4 Compléter le schéma et justifier l observation du jésuite allemand Christoph Scheiner en construisant l image A B de l objet AB. 5 Les expressions «jeter un coup d oeil» ou «foudroyer du regard» ont-elles une réalité physique? Justifier.

9 Pas à pas 1 Il s agit de lire attentivement le document proposé et d en extraire les informations sur les deux théories de la vision proposées durant l antiquité : la théorie de l émission et la théorie de l intromission. La théorie de l émission a été établie par Euclide (325 à 265 avant Jésus-Christ) et Ptolémée (90 à 168 après Jésus-Christ) qui pensait que l œil émettait un rayon visuel qui permettait la vision. La théorie de l intromission a été proposée par Aristote (384 à 322 avant Jésus-Christ) qui pensait que quelque chose en provenance des objets entrait dans l œil. Descartes défendra également cette théorie. 2 Dans cette question, il s agit d expliquer comment les découvertes de l astronome allemand Kepler a permis de conforter la théorie de l intromission. Les éléments d informations sont dans le texte et sont à compléter avec vos connaissances sur le cristallin et la rétine. Vous devez mobiliser vos connaissances sur l anatomie de l œil et le rôle des principaux éléments : cristallin et rétine. Cristallin : élément transparent, biconvexe situé derrière l iris, permettant l accommodation. Rétine : membrane située au fond de l œil, composée entre autres de cellules photoréceptrices, les cônes et les bâtonnets. 3 Comment le physicien actuel modélise l œil en tant qu instrument d optique? Vous devez citer deux éléments indispensables utilisés pour cette modélisation. Lentille : instrument d optique transparent qui modifie le trajet de la lumière. On distingue les lentilles convergentes, qui font converger un faisceau émergent parallèle et les lentilles divergentes, qui font diverger un faisceau émergent parallèle. 4 Sur votre schéma, vous devez faire figurer l image A B de l objet AB qui est inversée au niveau de la rétine, comme a pu le montrer le jésuite allemand Scheiner. F : foyer objet F : foyer image O : centre optique L image A B est obtenue en traçant deux rayons issus de B : le rayon incident passant par le centre optique n est pas dévié et le rayon incident parallèle à l axe optique est dévié pour passer par le foyer image F. Les deux rayons se rencontrent au point B. L image A de A se trouve sur l axe optique et sur la perpendiculaire passant par B. 5 Dans le langage courant, on utilise les expressions «jeter un coup d œil» ou «foudroyer du regard». Vous devez indiquer si ces expressions ont une réalité physique, c est-à-dire ont

10 Pas à pas du sens par rapport au fonctionnement de la vision et au vue des explications des questions précédentes. Expliquer chaque expression et montrer qu elles ne correspondent pas au mécanisme de la vision qui est un système optique.

11 1 Les penseurs de l Antiquité développent deux théories : Euclide et Ptolémée émettent la théorie de l émission qui considère que des rayons jaillissent de la pupille pour aller à la rencontre de l objet. Une sorte de «feu oculaire» qui résultait de l observation des yeux de félins qui luisent dans l obscurité. L œil aurait un rôle actif. Néanmoins l absence de vision nocturne va à l encontre de cette théorie. On peut la représenter ainsi : forme biconvexe est traversé par la lumière. Il est capable de se déformer et oriente les rayons sur la rétine. Ainsi, on pouvait écarter la théorie de l émission et s orienter vers la théorie de l intromission. 3 Pour modéliser le système optique que constitue l œil, le physicien utilise une lentille qui représente le cristallin, un écran simulant la rétine. Il peut placer un objet devant le dispositif afin de voir comment se forme l image de l objet sur l écran. 4 La théorie de l intromission appuyée par Aristote en revanche considère la vision comme l entrée dans l œil d une image qui garde la forme de l objet et qui vient jusqu à l œil. L œil apparaît comme passif. On peut la représenter ainsi : Alhazen a défendu la théorie de l intromission et a condamné la théorie de l émission. 2 Kepler a permis d avancer dans la compréhension du mécanisme de la vision en montrant que le cristallin joue le rôle d une lentille et que la rétine constituait un écran qui assure un rôle sensoriel. Le cristallin, élément transparent, de L image A B se forme de façon inversée sur la rétine par rapport à l image AB en raison de la présence de la lentille qui dévie les rayons incidents. On confirme ainsi l observation du jésuite Scheiner qui avait pratiqué une petite ouverture au fond de l œil d un bovin mort et observa l image renversée des objets sur la rétine. 5 L expression «jeter un coup d œil» signifie regarder rapidement quelque chose tandis que«foudroyer du regard», c est regarder quelqu un de façon intense avec désapprobation comme si la foudre allait frapper la personne. Ces expressions donnent l impression que l œil envoie des rayons comme dans la théorie de l émission émise par Euclide et Ptolémée. Or nous avons vu qu il n en est rien puisque ce sont en fait les rayons lumineux qui parviennent à l œil, véritable système optique, constitué d une lentille, le cristallin et d une membrane, la rétine, constituée de photorécepteurs sensibles à la lumière.

12 Des lunettes «autofocus» pour le tiers-monde Environ 153 millions de personnes dans le monde auraient besoin de lunettes mais n y ont pas accès, selon l Organisation Mondiale de la Santé. L un des freins est le manque de personnel qualifié : on compte environ un ophtalmologiste pour habitants en Europe, mais un pour huit millions au Mali. Face à cette carence, le physicien britannique Joshua SILVER de l université d Oxford, a imaginé des lunettes dont le réglage est effectué par leur porteur et permet de corriger la myopie, l hypermétropie et la presbytie. D après un article paru dans Le Monde du 08/10/2011.

13 1 On s intéresse aux «lentilles» représentées sur les figures A et B. La lentille de la figure A est : (Cocher uniquement la réponse exacte.) divergente et sa représentation symbolique est : divergente et sa représentation symbolique est : convergente et sa représentation symbolique est : convergente et sa représentation symbolique est : 2 Défaut de vision. On schématise l œil d un adolescent présentant un défaut de vision :

14 a) Préciser de quel défaut il s agit, puis faire une phrase avec le mot «convergent» pour décrire ce défaut. b) Indiquer s il faut creuser ou gonfler la membrane de la lunette autofocus pour corriger ce défaut de vision. 3 Caractérisation d une lentille : on considère une lentille notée L 1, de vergence V 1 =+2 et une lentille L 2, de vergence V 2 = 2. a) Donner le nom de l unité représentée par le symbole. b) Préciser laquelle des deux lentilles correspond à celle de la figure B du document. 4 On s intéresse à la lentille de la figure B : la figure B représente une correction pour un défaut de vision correspondant à un œil : (Cocher uniquement la réponse exacte.) hypermétrope emmétrope presbyte myope 5 Correction de la presbytie. La presbytie gêne la vision des objets proches, pour les adultes d un certain âge : l accommodation devient imparfaite, le cristallin n est plus assez convergent. a) Schématisation du défaut. Compléter le schéma pour montrer un défaut de presbytie. b) Expliquer s il faut gonfler ou creuser la membrane de la lunette autofocus pour corriger ce défaut de vision. c) Nommer un autre défaut de l œil pour lequel on devrait effectuer le même réglage des lunettes autofocus.

15 Pas à pas 1 Il s agit d associer à la figure A du document représentant une lentille, la bonne représentation symbolique et le nom convergent ou divergent. Vous observez deux lentilles : Si la lentille est gonflée mais a les bords minces, il s agit d une lentille convergente, permettant de faire converger les rayons lumineux qui la traverse. Son symbole est : l Si la lentille est creuse au centre et a des bords épais, il s agit d une lentille divergente, permettant de faire diverger les rayons lumineux que la traverse. Son symbole est : 2 On vous présente un schéma montrant l endroit où se forme l objet au niveau de l œil. En fonction de la position de l image de l objet, vous devez nommer le défaut observé, indiquer s il y a un problème de divergence ou de convergence, puis déterminer quel type de lentille permettra de corriger ce défaut. Il faut connaitre les différents défauts de l œil afin de repérer dans quelle situation on se trouve dans l exercice : Hypermétropie : les images se forment en arrière de la rétine car l œil n est pas assez convergent. La correction se fait par une lentille convergente Myopie : les images se forment en avant de la rétine car l œil est trop convergent. La correction se fait par une lentille divergente Presbytie : l accommodation ne se fait plus correctement en raison du vieillissement du cristallin et il y a une difficulté à lire et à voir les objets de près. Une lentille convergente corrige le défaut. 3 On vous indique les vergences de deux lentilles, une positive et une négative et vous devez préciser à quelle lentille L1 ou L2 correspond la figure B du document. La vergence, notée C, est l inverse de la distance de la lentille à F. F est le foyer image, c est-à-dire le point où se croisent les rayons lumineux émergents de la lentille. C = 1 F F est le foyer objet. Les lentilles convergentes ont une vergence positive. Les lentilles divergentes ont une vergence négative. 4 Vous devez préciser quel défaut parmi les quatre (hypermétrope, emmétrope, presbyte ou myope) est corrigé par la lentille de la figure B. Vous savez par votre étude précédente que la lentille B est divergente. Revoir les différents défauts de la vision cités dans l aide de la question 2. Emmétrope : œil dépourvu de défaut, c est l œil normal.

16 Pas à pas 5 En a, sur le schéma proposé, vous devez indiquer où se forme l image de l objet et positionner le foyer image F (même principe que pour le schéma proposé en question 2, mais à adapter pour la presbytie), puis préciser s il faut une lentille convergente ou divergente pour corriger le défaut, et enfin indiquer une autre anomalie qui nécessiterait le même type de lentille. La presbytie est un défaut d accommodation dû au vieillissement du cristallin, qui est moins souple et se déforme moins bien. Le punctum proximum s éloigne de l œil, les objets proches ne sont donc pas nets. Sur le schéma, prolonger les rayons émergents du cristallin de sorte que l image se forme en arrière de la rétine.

17 1 (3) Le lentille de la figure A est convergente et sa représentation est l. 2 a) Le défaut observé est la myopie puisque l image de la bougie se forme en avant de la rétine traduisant un manque de convergence de l œil. b) Il faut creuser la membrane de la lunette autofocus afin de créer une lentille divergente qui compensera le défaut de l œil. 3 a) L unité représentée par le symbole est la dioptrie. b) La figure B du document représente une lentille divergente qui a donc une vergence négative. C est la lentille L2 qui correspond à la figure B. 4 La figure B représente une correction pour un défaut de vision correspondant à un œil myope (réponse 4). 5 a) Le point F se forme en arrière de l œil. b) Il faut gonfler la lentille afin d obtenir une lentille convergente dont le centre sera épais et les bords minces. Cette lentille permettra de ramener l image de l objet sur la rétine. c) L hypermétropie est également corrigée par des lentilles convergentes puisqu il s agit d un défaut de convergence de l œil, où l image se forme en arrière de la rétine.

18 Synthèse additive et synthèse soustractive Une élève de première regarde avec une loupe l écran de son ordinateur. Elle est étonnée de constater qu il est constitué de petits points rouges, verts et bleus. Pour comprendre comment son écran d ordinateur reproduit toutes les couleurs avec des points rouges, verts et bleus alors que son imprimante utilise des cartouches de couleur cyan, magenta et jaune, elle se documente sur les différentes synthèses des couleurs et elle effectue des expériences lors d une séance d enseignement scientifique. De très nombreux objets de notre vie quotidienne (téléviseurs, ordinateurs, téléphones portables...) possèdent des écrans plats en couleur. Si la technologie varie d un écran à l autre (affichage à cristaux liquides LCD, plasma...), le principe utilisé est toujours le même : chaque point de l image est formé de trois luminophores qui produisent des lumières rouge, verte et bleue avec des intensités différentes. Ces luminophores sont trop proches les uns des autres pour que l œil puisse les distinguer. Le cerveau fait donc, pour chaque point, la synthèse des lumières reçues par l œil. Les imprimantes couleurs possèdent trois cartouches de couleur cyan, magenta et jaune qui déposent l encre (pour les imprimantes à jet d encre) ou la poudre (pour les imprimantes lasers) pour créer toutes les couleurs.

19 1 Expliquer pourquoi un mélange des trois couleurs cyan, magenta, jaune dans les mêmes proportions permet d obtenir du noir avec une imprimante à jet d encre. 2 L élève de première effectue des expériences pour comprendre comment son écran d ordinateur et son imprimante reproduisent les couleurs. Elle dispose d une source de lumière blanche, de trois lumières colorées (rouge, bleue et verte), de six filtres colorés (cyan, magenta, jaune, rouge, vert et bleu) et d un écran blanc. a) Dans une première expérience, elle superpose les lumières colorées et observe les couleurs sur l écran. Elle note ses observations sur un schéma récapitulatif. Parmi les quatre propositions, choisir le schéma correspondant aux observations de l élève. (Cocher uniquement la réponse exacte.) b) Elle souhaite faire une deuxième expérience avec la source de lumière blanche et des filtres colorés pour comprendre comment son imprimante à jet d encre reproduit la couleur rouge. Parmi les quatre propositions, choisir celle qui correspond à l expérience que l élève doit réaliser. (Cocher uniquement la réponse exacte.) Pour observer la couleur rouge sur l écran elle doit superposer : le filtre jaune et le filtre magenta. le filtre bleu et le filtre vert. le filtre cyan et le filtre magenta. le filtre cyan et le filtre jaune.

20 c) Elle s aperçoit que sa trousse jaune apparaît rouge lorsqu elle est éclairée avec de la lumière rouge. Elle réalise alors une troisième expérience. Elle superpose les filtres jaune et rouge et les éclaire avec la source de lumière blanche. Elle constate que l écran est rouge. Parmi les quatre propositions, choisir celle qui correspond à l interprétation de l expérience. (Cocher uniquement la réponse exacte.) L élève observe la couleur rouge sur l écran car le filtre rouge laisse passer la lumière rouge et le filtre jaune laisse passer les lumières : bleue et verte bleue, verte et rouge rouge et verte bleue et rouge 3 Préciser le type de synthèse des couleurs (additive ou soustractive) mis en jeu : a) lorsque «le cerveau fait la synthèse des lumières reçues par l œil» face à un écran. b) lors de l utilisation d une imprimante à jet d encre.

21 Pas à pas 1 Il s agit d une question de cours qui fait appel à vos connaissances du procédé utilisé par les imprimantes à jet d encre pour obtenir les différentes couleurs. On vous demande plus précisément d expliquer l obtention de la couleur noire à partir des trois couleurs : cyan, magenta et jaune, qui sont les trois cartouches de ces imprimantes. (Une cartouche noire est présente en plus afin de faciliter l impression.) Dans le cas des imprimantes à jet d encre, il s agit du principe de la synthèse soustractive qui intervient et que vous devez expliquer. Lorsque l on observe un objet, la couleur perçue est la couleur des radiations qu il diffuse alors qu il absorbe un certain nombre de radiations. Un objet noir absorbe toutes les radiations, un objet blanc diffuse toutes les radiations lumineuses. Un objet bleu diffuse les radiations bleues et absorbe toutes les autres. 2 a) Il s agit de trouver le schéma qui indique les bonnes couleurs complémentaires lorsque l on superpose les lumières des couleurs primaires bleu, vert et rouge, par projection des ces lumières colorées sur un écran blanc. et les informations des documents Il s agit ici du principe de la synthèse additive. Sur tous les schémas la superposition des trois couleurs donne du blanc, qui contient toutes les couleurs. Il n est pas facile de mémoriser le résultat de la superposition des couleurs. Vous pouvez vous aider du document 2. Le cercle chromatique présente la variation continue des couleurs. Deux couleurs symétriques par rapport au centre sont dites complémentaires. Ce cercle chromatique va vous permettre de trouver la bonne réponse parmi les quatre proposées. La superposition des faisceaux colorés permet la synthèse additive et l obtention des couleurs complémentaires. Ainsi : la superposition du vert et du rouge donne le jaune, la superposition du rouge et du bleu donne le magenta, la superposition du vert et du bleu donne le cyan. b) On utilise maintenant des filtres colorés à travers le faisceau de lumière blanche et non la projection de lumières colorées afin de comprendre comment l imprimante reproduit la couleur rouge. Il s agit de choisir la bonne combinaison de filtres à superposer. et les informations des documents Il s agit de la synthèse soustractive que nous avons expliquée dans la question 1. La superposition des deux filtres primaires donne naissance à la couleur complémentaire. Vous pouvez également vous aider du cercle chromatique. c) Il s agit d expliquer les interrogations de l élève de première concernent la couleur rouge

22 Pas à pas qui peut être obtenue par projection sur sa trousse jaune d une lumière rouge. Pour mieux comprendre le phénomène, elle superpose les filtres jaune et rouge et les éclaire avec une source de lumière blanche. On vous précise que le filtre rouge laisse passer la couleur rouge et vous devez préciser quelles couleurs laissent passer le filtre jaune. Il s agit de mobiliser vos connaissances concernant la perception des couleurs par l œil. Notre rétine renferme trois types de cônes sensibles au bleu, au vert ou au rouge. Des messages nerveux sont envoyés par le nerf optique vers le cerveau. L œil et le cerveau font la synthèse additive des couleurs. Les couleurs primaires de la vision sont le rouge, le vert et le bleu. Le rouge étant un couleur primaire, le rouge laisse passer la couleur rouge et bloque le bleu et le vert Le jaune est obtenu par addition du rouge et vert par synthèse additive. Le filtre jaune laisse donc passer le rouge et le vert et bloque le bleu. Ainsi la combinaison des deux filtres ne laisse passer que le rouge. 3 a) et b) Il s agit d indiquer, en justifiant votre réponse, quel type de synthèse est mise en jeu, additive ou soustractive, lorsque c est le cerveau qui traite les informations reçues par la rétine de l œil et lorsque l on utilise une imprimante à jet d encre. Vos connaissances sur les synthèses soustractive et additive ont été mobilisées dans les questions précédentes. La synthèse soustractive a été expliquée dans la question 1 concernant l imprimante à jet d encre, vous pouvez donc être assez succinct et faire un renvoi à la réponse à cette question si vous avez été suffisamment précis. En revanche, vous n avez pas expliqué la synthèse additive qui intervient pour l œil et le cerveau (puisque vous avez coché les bonnes réponses en 2) : une explication plus approfondie est donc nécessaire.

23 1 Les imprimantes à jet d encre utilisent le principe de la synthèse soustractive. Ces imprimantes possèdent trois cartouches de couleurs : le cyan, le magenta et le jaune qui sont les trois couleurs primaires pour la synthèse soustractive. Il s agit d un dépôt d encre dans des proportions variables qui permet de créer toutes les couleurs. La synthèse soustractive consiste à combiner l effet d absorption de plusieurs couleurs afin d en obtenir une nouvelle. En absence de filtre sur le trajet d une lumière blanche, toutes les couleurs sont réfléchies, l écran est blanc. Si on dépose une couleur, toutes les couleurs sont absorbées, sauf celle qui est intercalées. Le filtre coloré absorbe ou soustrait une partie du spectre lumineux. Si on superpose plusieurs filtres (ou plusieurs couleurs), on obtient une nouvelle couleur. Par exemple la superposition de deux filtres, cyan et du magenta, sur une surface blanche permet d obtenir du bleu. La superposition du jaune et du cyan donne du vert et celle du jaune et du magenta donne du rouge. Le bleu, le vert et le rouge sont les couleurs secondaires. Ainsi c est la superposition des couleurs primaires dans différentes proportions qui permet d obtenir toutes les couleurs. La superposition des trois couleurs primaires dans les mêmes proportions, cyan, magenta et jaune, donne du noir, puisque l on soustrait l ensemble du spectre coloré. 2 a) Le schéma juste est le 4. b) La réponse est le filtre jaune et le filtre magenta. c) Le filtre jaune laisse passer les lumières rouge et verte. 3 a) La synthèse additive intervient lorsque l œil perçoit les couleurs face à un écran. La rétine renferme trois types de cônes sensibles à trois longueurs d onde différentes, le bleu, le vert ou le rouge (les couleurs primaires). Des messages nerveux sont envoyés au cerveau en fonction des stimulations de ces trois types de photorécepteurs. Une synthèse additive est réalisée, c est-à-dire qu en «additionnant» dans différentes proportions ces différentes couleurs, on obtient toutes les couleurs. Deux couleurs sont complémentaires si par synthèse additive elles donnent du blanc. Le cercle chromatique qui représente la succession des couleurs dans un cercle permet de retrouver les couleurs complémentaires, disposées de façon symétrique par rapport au centre. b) La synthèse soustractive est mise en jeu lors de l utilisation d une imprimante à jet d encre. (Voir réponse détaillée à la question 1.)

24 L art pariétal de la grotte de Lascaux Pendant les vacances scolaires, la famille Martin décide de visiter cette grotte paléolithique située sur la commune de Montignac en Dordogne. Surnommée la «chapelle Sixtine de l art pariétal», l âge de ses peintures est estimé entre et ans. Malheureusement, en arrivant sur place, les visiteurs s aperçoivent qu ils ne pourront accéder qu au fac-similé : Lascaux II. La palette des artistes d art pariétal est relativement restreinte. Elle associe essentiellement le noir à l éventail des couleurs chaudes, brun foncé, rouge et jaune. Les colorants minéraux utilisés, abondants dans la région de Lascaux, sont principalement l oxyde de fer ou de manganèse et le charbon de bois. Ils furent utilisés sans charge, c est-à-dire sans ajout de matière favorisant leur dispersion, sinon l eau qui sert uniquement de liant. D après : http :// et http :// En septembre 1940, quatre adolescents s intéressent à «un trou de renard» censé ouvrir la voie d un souterrain, ils découvrent la grotte de Lascaux. L importance de la découverte est inouïe, ce site d art pariétal est très vite classé au titre des monuments historiques. En juillet 1948, après de lourds travaux qui détruisent notamment le cône d éboulis protecteur de l entrée de la grotte, celle-ci est ouverte au public. En 1960, la grotte reçoit visiteurs avec des pointes estivales à 1800 personnes par jour. En mars 1963, après avoir reçu plus d un million de visiteurs et au vu des nombreuses dégradations, la grotte est définitivement fermée au public. En juillet 1983, le fac-similé Lascaux ouvre et reçoit plus de visiteurs par an. D après : http ://

25 À l aide des documents et de vos connaissances, répondre aux questions suivantes : 1 Proposer un terme pouvant judicieusement remplacer celui qui est souligné dans le document 1 en justifiant. 2 Expliquer quelles sont les raisons pour lesquelles la famille Martin n a pu visiter que le fac-similé de la grotte de Lascaux. 3 M. Martin a oublié de changer de lunettes et pénètre dans la grotte avec des lunettes de soleil adaptées à sa vue. L éclairage étant faible, il est obligé de les enlever et ne peut donc pas profiter du spectacle offert par la salle des taureaux (document 3). Expliquer, en justifiant la réponse, quel est le défaut de vision de M. Martin, en précisant quel type de verre peut le corriger. 4 Pour garder un souvenir de sa visite, Nicolas, le fils de la famille Martin se fait photographier devant l entrée de la vraie grotte de Lascaux. Il porte ce jour-là un tee-shirt rouge. Dès son retour à la maison, il imprime la photo. À l aide du document 4, expliquer comment l imprimante quadrichromique peut restituer sur papier la couleur du tee-shirt.

26 Pas à pas 1 Le mot colorant est à remplacer par un autre terme qui puisse s appliquer à l art pariétal Les notions de colorant et de pigment sont à expliciter. Colorant : substance qui colore les objets en absorbant certaines radiations lumineuses. Pigment : constitué de très petites particules dispersées dans le milieu. En peinture, les substances colorantes sont des pigments en suspension dans un liant, généralement l eau. Les pigments peuvent être d origine ;; Minérale : ocre rouge (roches contenant des oxydes de fer III, rouge cinabre extrait d un minerai) Organique : rouge garance obtenu à partir des racines d une herbe, Rubia Tinctotium dont on extrait une molécule, l alizarine. De synthèse : le rouge vermillon est obtenu par fusion de soufre et de mercure (formule HgS) 2 Le fac-similé est la copie conforme de la grotte de Lascaux. Vous devez expliquer, en vous aidant du document 2 et de vos connaissances pourquoi il a été nécessaire de fermer la grotte de Lascaux au public et de construire un fac-similé afin de préserver l art pariétal. Il s agit d expliquer que les pigments sont fragiles et que leur couleur peut varier en fonction de différents paramètres : ph (acide ou basique) : par exemple, le jus de chou rouge est violet à ph neutre, il vire au rouge pour des ph acides et au jaune pour des ph basique. du liant : le permanganate de potassium en poudre solide est violet tandis qu il est rose en solution dans l eau. température : elle modifie le degré d humidité de la grotte donc peut altérer la couleur des pigments degré d humidité : par exemple, le chlorure de cobalt est bleu par temps sec, rose par temps humide lumière : elle atténue les couleurs et provoque le développement des végétaux photosynthétiques sur les peintures. 3 L étude du document 3 vous permet de trouver l anomalie de vision de Monsieur Martin. Sa vision sans lunettes est floue. Après avoir expliqué le défaut de vision, vous précisez quel type de verre le corrige. La vision de Mr Martin est floue indiquant que l accommodation par l œil ne se fait pas correctement. PP : punctum proximum : point le plus proche de vision distincte (environ 25 cm pour un œil sans défaut c est-à-dire emmétrope) PR : punctum remotum : point le plus loin de vision distincte (à l infini pour un œil emmétrope) Accommodation : c est la mise au point faite par l œil permettant de voir nettement les objets proches. Elle est réalisée par le cristallin qui se bombe plus ou moins. Œil emmétrope : œil sans défaut ou œil normal.

27 Pas à pas Les différents défauts de l œil : Myopie : l œil est trop convergent et forme les images en avant de la rétine. La correction se fait par une lentille divergente Hypermétropie : l œil n est pas assez convergent et les images se forment en arrière de la rétine. La correction se fait par une lentille convergente Presbytie : l accommodation ne se fait plus correctement en raison du vieillissement du cristallin et il y a une difficulté à voir les objets de près, à lire. Une lentille convergente corrige le défaut. 4 La question porte sur la restitution des couleurs par une imprimante quadrichromique et plus précisément comment la couleur rouge du teeshirt est réalisée à partir des encres disponibles : cyan, magenta et jaune. Il s agit d expliquer le principe de la synthèse soustractive qui intervient pour les imprimantes (à ne pas confondre avec la synthèse additive réalisée par l œil et le cerveau) Les encres colorées lorsqu elles sont éclairées absorbent certaines radiations lumineuses et diffusent les radiations non absorbées. Chaque objet coloré absorbe les radiations de la couleur complémentaire qui peut être repérée sur le cercle chromatique. Deux couleurs complémentaires sont positionnées de façon symétrique par rapport au centre du cercle. Le document 3 vous indique les couleurs obtenues par superposition des couleurs primaires de la synthèse soustractive.

28 1 Le mot colorant peut être remplacé par le terme pigment. Les substances colorantes utilisées en peinture sont des pigments en suspension dans un liant. Le colorant est une espèce chimique soluble dans le milieu qu il colore. Le pigment naturel ou de synthèse est par contre insoluble. Il se présente sous forme de poudre colorée qui se disperse dans le milieu qu il colore. Il est souvent utilisé avec de l eau qui constitue le liant. Le charbon de bois est d origine organique et permet la couleur noir, les oxydes de fer ou de manganèse sont d origine minérale et donnent des couleurs ocre, brun, noir. 2 La famille Martin n a pas pu visiter la grotte d origine qui a été fermée au public. En effet, en raison de l accroissement du nombre de visiteurs, les peintures rupestres s altéraient d où la nécessité de construire un fac-similé et de préserver le site classé au titre des monuments historiques. La couleur des pigments dépend des éléments chimiques qui les constituent. Dans la grotte de Lascaux, il s agit de l oxyde de fer ou de manganèse et le charbon de bois. La couleur d un pigment peut être modifiée lorsque les paramètres de température et de ph changent. En 1948, le cône d éboulis qui protégeait la grotte est détruit modifiant la température et le degré d humidité à l intérieur de celleci. De plus, le nombre de visiteurs augmentant d années en années (de à 1 million), la température de la grotte tend à augmenter tandis que l humidité diminue et que le dioxyde de carbone émis par respiration réduit le ph, altérant les teintes des peintures rupestres. L éclairage de la grotte peut également être un facteur de dégradation puisqu il favorise le développement de végétaux qui réalisent la photosynthèse. (algues, mousses, lichens...) La préservation des peintures originales a donc nécessité l arrêt des visites par un public trop nombreux. 3 D après le document 3, Monsieur Martin a une vision floue des peintures de la salle des taureaux après avoir ôté ses lunettes. Le punctum proximum (PP) c est-à-dire la position de l objet la plus proche de l œil pour laquelle l image formée sur la rétine est nette et le punctum remotum (PR), position de l objet la plus éloignée de l œil pour laquelle l image est encore nette délimitent la zone de vision distincte. Chez Monsieur Martin, cette zone est plus proche de l œil et plus restreinte. Monsieur Martin est myope. L image de l objet se forme en avant de la rétine. Cette anomalie peut être corrigée par des lentilles divergentes qui permettent de former l image de l objet sur la rétine. 4 L imprimante quadrichromique utilise les quatre couleurs : magenta, jaune, cyan et noir. Le magenta, le cyan et le jaune sont les trois couleurs primaires en synthèse soustractive. Si on superpose ces trois couleurs sur le trajet de la lumière blanche, on supprime la transmission de la lumière et on obtient le noir. Pour obtenir différentes couleurs, on soustrait à la lumière blanche les trois couleurs primaires dans différentes proportions. Nicolas a un teeshirt rouge. La superposition d encre magenta et jaune permet d obtenir une couleur rouge (document 4). On ne laisse alors passer que la lumière de couleur rouge. L encre noire est utilisée pour obtenir les différentes nuances de gris.

29 Problèmes ophtalmologiques 1 L image ci-dessous représente ce que perçoit un individu âgé de 50 ans au moment où, installé dans son jardin, il s apprête à consulter un livre. Jusqu alors sa vision n avait jamais présenté de défaut. 2 Les cônes (dont il existe trois types) et les bâtonnets sont des photorécepteurs rétiniens dont les propriétés déterminent la vision du monde. Pour réaliser le graphique ci-dessous, les photorécepteurs ont été exposés à des longueurs d ondes différentes. Pour chaque longueur d onde, le photorécepteur a été soumis d abord à une intensité lumineuse très faible, puis de plus en plus forte (mesurée en lux). Le graphique représente l intensité lumineuse minimale pour laquelle le photorécepteur réagit. Intensité minimale de stimulation des photorécepteurs en fonction de la longueur d onde Au cours de la consultation, son ophtalmologue lui explique que son problème est dû à une (sélectionnez la bonne réponse): Spectre de lumière blanche a) perte de souplesse du cristallin ;; b) détérioration des photorécepteurs rétiniens ;; c) opacification du cristallin ;; d) détérioration du nerf optique. D après cette étude, on peut dire que (distinguez les propositions vraies des fausses): a) seuls les bâtonnets sont stimulés dans un endroit très peu éclairé ;; b) les cônes sont stimulés quelle que soit l intensité de l éclairement ;; c) les bâtonnets présentent une sensibilité maximale dans le bleu et le rouge ;; d) chaque type de cône possède une sensibilité maximale pour une couleur donnée.

30 3 La photo ci-dessous a été prise au microscope électronique au niveau d une synapse du cortex visuel (G X 10000). Par ailleurs, on connait une drogue, le LSD («acide»), caractérisée par une puissante action hallucinogène. Il provoque des visions artificielles ou des altérations de la perception visuelle. En observant cette image, un scientifique peut en déduire que le message peut passer (sélectionnez la bonne réponse): a) de 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 1 ;; b) de 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 2 ;; c) de 2 vers 1 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 1 ;; d) de 2 vers 1 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 2. 4 On a identifié le neurotransmetteur naturel impliqué dans la communication entre les neurones des voies visuelles. Il s agit d une molécule dont le nom est «sérotonine» et que l on a représentée ci-dessous, fixée à son récepteur neuronal. Les informations présentées sur ces documents permettent de penser que l effet hallucinogène du LSD provient de (distinguez les propositions vraies des fausses): a) sa formule chimique identique à celle de la sérotonine ;; b) sa structure spatiale en partie similaire à celle de la molécule de sérotonine ;; c) sa possibilité de se substituer à la sérotonine au niveau de la membrane du neurone aboutissant au cortex visuel ;; d) sa possibilité de traverser la membrane du neurone aboutissant au cortex visuel.

31 Pas à pas 1 Il s agit de déterminer l anomalie responsable de la mauvaise vision chez cette personne âgée de 50 ans. On vous précise qu auparavant sa vision était normale. Il est probable qu il s agisse d un problème lié à l âge. La vision de loin de cette personne est bonne, en revanche elle n arrive pas à lire son livre. Le cristallin est une structure de forme biconvexe, située dans le globe oculaire, jouant le rôle de lentille et permettant l accommodation. Avec l âge, le cristallin est moins souple, il se déforme moins bien, ce qui ne permet plus de former correctement l image sur la rétine. C est la presbytie. Les photorécepteurs correspondent aux cônes et aux bâtonnets situés dans la rétine. Leur détérioration provoquerait des troubles plus importants que celui de l individu, avec des problèmes de vision de près et de loin, de perception des intensités lumineuses et des couleurs. L opacification du cristallin est lié à son vieillissement : progressivement la lumière ne peut plus le traverser. La personne voit de moins en moins bien et peut devenir aveugle. On parle de cataracte. Une opération consistant à remplacer le cristallin par une prothèse permet de rétablir une vision correcte. La détérioration du nerf optique provoque des troubles visuels localisés dans une partie du champ de vision. Dans le cas du glaucome, c est un excès de pression à l intérieur de l œil qui est responsable de la dégénérescence progressive du nerf optique. 2 Avec cette question, on cherche à évaluer vos connaissances sur les cônes et les bâtonnets, les deux photorécepteurs de la rétine qui n ont pas les mêmes fonctions. Pour vous aider à répondre, vous avez par ailleurs un graphique qui vous précise la sensibilité de chaque photorécepteur à l intensité lumineuse et à la longueur d onde. Les cônes : il en existe trois types, renfermant chacun un pigment différent (opsine S, M et L). Ils réagissent à des intensités lumineuses fortes et permettent la perception des couleurs. Ils perçoivent les longueurs d onde des couleurs vert, bleu et rouge. (Opsine S, bleue : maximum d absorption à 450 nm ;; opsine M, verte : 530 nm ;; opsine rouge, L : 560 nm environ.) Les bâtonnets : ils possèdent un seul type de pigment différent de ceux des cônes, la rhodopsine, avec un maximum d absorption à 497 nm environ. Ils réagissent à une intensité lumineuse faible. 3 Cette question fait appel à vos connaissances concernant le fonctionnement de la synapse et vous devez être capable de repérer sur une photo en microscopie électronique les vésicules synaptiques qui contiennent le neurotransmetteur. Ces vésicules se situent dans le neurone pré-synaptique. Les vésicules synaptiques se présentent sous la forme de petits ronds sur la photo en microscopie électronique et sont présentes dans le neurone présynaptique (neurone 1). Lorsque le message nerveux arrive à l extrémité du neurone présynaptique, les vésicules se déplacent vers la fente synaptique et déverse par exocytose le neurotransmetteur. Celui-ci se fixe sur les récepteurs post-synaptiques (neurone 2),

32 Pas à pas ce qui fait naître un message nerveux postsynaptique. 4 Le LSD est une drogue qui provoque des altérations de la perception visuelle. Il agit sur les neurones des voies visuelles, notamment au niveau des synapses, dont le neurotransmetteur est la sérotonine. On vous propose un document qui présente les modèles moléculaires des deux molécules, la sérotonine et le LSD, avec le positionnement du récepteur spécifique de la sérotonine. Vous devez choisir parmi les propositions le mode d action du LSD qui est en cohérence avec le document. et les informations des documents Le document nous montre que les deux molécules ne sont pas identiques mais présentent une partie similaire : celle qui correspond au site de fixation sur le récepteur. Le LSD, qui prend la place de la sérotonine sur le récepteur, modifie le fonctionnement de la synapse et la transmission des messages nerveux, d où les hallucinations.

33 1 a) perte de souplesse du cristallin L individu âgé de 50 ans présente un défaut de vision. La vision de près est floue, la personne ne peut pas lire son livre, tandis que la vision de loin est intacte (les arbustes en arrière-plan sont nets). Cette personne présente les troubles caractéristiques de la presbytie, due à une perte de souplesse du cristallin liée à l âge, d où un défaut d accommodation. 2 a) vrai Seuls les bâtonnets sont stimulés dans un endroit peu éclairé. Ceci est visible sur le graphique où la stimulation des bâtonnets est réalisée par une faible intensité lumineuse (1 lux), tandis que les cônes sont stimulés pour des valeurs beaucoup plus élevées (1 000 lux). b) faux Les cônes sont stimulés par des fortes intensités d éclairement, lux : en dessous, il n y a pas de stimulation. c) faux Les bâtonnets présentent une intensité minimale de stimulation vers 500 nm dans le cyan entre le vert et le bleu. Ils ne permettent pas de distinguer les couleurs. d) vrai Il existe trois types de cônes pour lesquels l intensité minimale de stimulation correspond à trois longueurs d ondes différentes, aux environs de 450 nm, 540 nm et 575 nm, correspondant chacune à une couleur : le bleu, le vert et le rouge. Ceci est bien visible sur le graphique où nous observons trois courbes. 3 a) De 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 1. En effet le neurotransmetteur est présent dans les vésicules synaptiques du neurone présynaptique. Il se déverse dans l espace synaptique et, par fixation sur les récepteurs post-synaptiques, le neurone 2 est stimulé. 4 a) faux La formule chimique d une molécule de LSD n est pas exactement identique à celle de la sérotonine. b) vrai Les deux molécules présentent une partie similaire. c) vrai La molécule de LSD présente une partie spatiale similaire à la partie de la molécule de sérotonine, qui se fixe sur le récepteur spécifique. Ce qui suggère que la molécule de LSD peut également se fixer sur le récepteur. d) faux Le LSD se fixe sur le récepteur de la molécule de sérotonine mais aucun document présenté ne laisse penser que la molécule de LSD traverse la membrane du neurone.