Lumière et couleurs CRDP de Poitou-Charentes

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1 Lumière et couleurs CRDP de Poitou-Charentes Les ondes colorées de la lumière blanche La lumière est un rayonnement composé d ondes électromagnétiques qui se propagent dans le vide à la vitesse de m / s. La lumière émise par le soleil ou des lampes à incandescence est appelée lumière blanche. Certaines ondes de la lumière sont visibles par l œil humain et colorées du violet au rouge. D autres ondes électromagnétiques ne sont pas visibles : les infrarouges que l on ressent sous forme de chaleur, et les ultraviolets qui assurent le bronzage. Une onde est caractérisée par sa longueur. Chaque longueur d'onde correspond à une couleur de la lumière. Ainsi, une lumière constituée d'ondes de la même longueur et donc de la même couleur, est dite monochromatique. A l inverse, une lumière constituée de plusieurs longueurs d ondes et donc de plusieurs couleurs, est dite polychromatique. La lumière blanche est polychromatique. La lumière d un laser est monochromatique. La décomposition de la lumière dans un prisme permet d observer ces ondes colorées qui correspondent aux 7 couleurs de l arc-en-ciel : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé et rouge. Cette expérience a été menée pour la première fois en 1666 par le physicien anglais Isaac Newton ( ) qui a démontré que «La lumière blanche est un mélange de lumières de toutes les couleurs». de Newton en (Visuel extrait de rihetperez.free.fr) Schéma de la décomposition de la lumière dans un prisme (Visuel extrait rihetperez.free.fr)

2 Illustration de la décomposition de la lumière dans un prisme (Visuel extrait de cvm.qc.ca/ /physique.htm) Pour réaliser cette expérience, il faut placer un prisme de verre sur le trajet d un rayon lumineux provenant du soleil ou d une lampe à incandescence. Les couleurs de l arc-en-ciel apparaissent sur un écran blanc placé derrière le prisme. Cette figure colorée obtenue est appelée «le spectre de la lumière». Un phénomène étrange : l arc-en-ciel L arc-en-ciel est un objet de fascination et de mystère. Les travaux de scientifiques comme Roger Grosseteste ( ), Dietrich de Freiberg ( ), René Descartes ou Isaac Newton ont permis une meilleure compréhension de ce phénomène. Les différentes couleurs observées sont dues à la décomposition de la lumière du soleil par les gouttes de pluie qui jouent le rôle d un prisme. L angle de déviation des rayons lumineux par les gouttes d eau est d environ 42. C est pour cette raison que le soleil doit être bas sur l horizon pour observer un arc-en-ciel. (schéma ci-dessous) L observation de l arc-en-ciel. (Visuel extrait de culturesciencesphysique.ens-lyon.fr).

3 L'arc-en-ciel était autrefois redouté et considéré comme nuisible. Pour le faire "partir", on crachait dans une main, on frappait avec l'autre de manière à former une croix tout en proclamant : "Je te coupe en croix, tu n'reviendras pas". L'arc-en-ciel le plus long a été aperçu le 14 août 1979 au Pays de Galles et a duré trois heures. La synthèse des couleurs Synthèse additive Il s agit d un mélange de couleurs par addition de lumière. Le principe de la synthèse additive des couleurs consiste à reconstituer l'apparence de toute couleur visible pour un œil humain, par l'addition de lumières provenant de trois sources monochromatiques selon des proportions bien choisies. Ce principe de composition des couleurs est utilisé dans le traitement électronique de l image pour les écrans de télévision, les écrans d ordinateur et les vidéoprojecteurs. Isaac Newton a reproduit ce phénomène en décomposant la lumière solaire grâce à un prisme. Il a réussi à décomposer la lumière blanche en toutes les différentes couleurs du spectre. Le physicien britannique Thomas Young ( ) a fait le contraire de Newton. Il a recomposé la lumière en faisant converger les six couleurs du spectre et a obtinu la lumière blanche. Il a également démontré que les six couleurs du spectre pouvaient être réduites à trois. Avec ces trois couleurs il a pu recomposer la lumière blanche et en les mélangeant deux par deux, il a obtenu les trois autres. C'est ainsi qu'on a différencié les couleurs primaires des couleurs secondaires. Pour réaliser cette expérience, il faut projeter dans l obscurité sur un écran trois faisceaux de lumière colorée, rouge, vert et bleu, à l aide de trois spots colorés. Ainsi, l expérience ci-dessous montre que : La superposition du rouge, du vert et du bleu permet la recomposition de la lumière blanche. Les trois couleurs primaires sont : rouge, vert, bleu. Les trois couleurs secondaires sont jaune, magenta et cyan. Rouge+vert=jaune Rouge+bleu=magenta Vert+bleu=cyan Rouge+vert+bleu=blanc La synthèse additive des couleurs (Visuel extrait de ccsti-crangevrier.com)

4 Synthèse soustractive Il s agit d un mélange de couleurs par soustraction de lumière. Ce principe est utilisé en imprimerie, en peinture, en photographie et dans l'art du vitrail où l on utilise que des pigments comme matière première. Pour réaliser cette expérience, il faut disposer trois filtres transparents et colorés en magenta, cyan et jaune sur le trajet d un faisceau lumineux provenant d un rétroprojecteur par exemple. La synthèse soustractive (visuel extrait de physique 4 ème, coll. Armand Colin, éd. Bordas) Ainsi, l expérience montre que : La synthèse soustractive permet de sélectionner une couleur à partir de la lumière blanche. Un filtre magenta absorbe surtout le vert. Il transmet le rouge et le bleu. Un filtre jaune absorbe surtout le bleu. Il transmet le rouge, le jaune et le vert. Un filtre cyan absorbe surtout le rouge. Il transmet le vert et le bleu. Ainsi : Blanc-vert=magenta Blanc-bleu=jaune Blanc-rouge=cyan Blanc-vert-rouge-bleu=noir En théorie, et si on disposait de pigments parfaits, l'utilisation des trois couleurs primaires du système soustractif magenta, cyan et jaune permettrait d'obtenir trois couleurs secondaires : rouge, vert et bleu. Dans la pratique, la synthèse soustractive à partir des colorants courants ne permet pas d'obtenir l'ensemble des couleurs visibles par l'œil humain. De plus, même des colorants parfaits continueraient à poser problème car ils s'additionnent souvent en une réaction chimique qui altère la couleur finale. Cyan+magenta=bleu Cyan+jaune=vert Magenta et jaune=rouge

5 La synthèse soustractive des couleurs (Visuel extrait de ccsti-crangevrier.com) La couleur des objets Les objets ont-ils une couleur? Ou pourquoi sont-ils vus en couleur? Un objet peut-être émetteur de lumière comme une ampoule ou une flamme de bougie. Il peut aussi réfléchir la lumière qu il reçoit. Tout notre environnement se comporte de cette manière. C est ce qui fait que nous voyons ce qui nous entoure. Comment expliquer la couleur des objets? Il faut placer un objet quelconque, un citron par exemple, dans l obscurité et disposer trois spots éteints au dessus de lui. Eclairé par le premier spot en lumière rouge, le citron paraît rouge. Eclairé par le second spot en lumière verte, il paraît vert. Eclairé par le troisième en lumière bleue, il paraît bleu. Enfin, éclairé par les trois spots en même temps, le citron apparaît de sa propre couleur : jaune. Ainsi, l expérience montre que : La couleur d un objet dépend de la lumière qui l éclaire. L objet diffuse certaines couleurs qu il reçoient. Il en absorbe d autres et ne les renvoie pas. Cela tient à la nature des objets ou de notre environnement. Ici, l écorce du citron possède des cellules qui captent le bleu et des cellules qui diffusent le rouge et le vert. Ainsi, quelle est la vraie couleur d un objet? En réalité, la couleur n est pas une composante d un objet. Il s agit uniquement du résultat de l action de la lumière sur sa surface. La couleur de l objet (visuel extrait de physique 4 ème, coll. Armand Colin, éd. Bordas)

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