Chapitre 3 : Les sources de lumière colorée

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1 Chapitre 3 : Les sources de lumière colorée 1. Les domaines des ondes électromagnétiques Chaque radiation émise par une source peut être caractérisée par sa longueur d onde dans le vide qui se note et s exprime, dans le système international des unités (SI), en mètre (symbole : m). A RETENIR : Fig. 1 : Les domaines des ondes électromagnétiques - Le domaine visible des ondes électromagnétiques est constitué d une infinité de lumières colorées, dont les longueurs d onde vont de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). Il est limité aux faibles longueurs d onde par l ultraviolet (U.V.) et aux grandes longueurs d onde par l infrarouge (I.R.). 1 nm = 10 9 m - La vitesse de propagation de la lumière (aussi appelée «célérité», du latin celeritas, «vitesse») dans le vide est notée c et a pour valeur : c km.s 1 = 3, m.s Les différentes sources de lumière 2.1. Définitions Sources primaires naturelles Sources primaires artificielles Soleil Vers luisant Lampe à incandescence Lampe à D.E.L. On distingue différentes sources de lumière suivant le caractère naturel ou artificiel de celle-ci : Définitions : - On appelle source de lumière un objet qui émet de la lumière. Il est aussi appelé émetteur lumineux ; - On appelle source primaire naturelle de lumière une source qui produit elle-même la lumière qu elle émet ; - On appelle source primaire artificielle de lumière une source primaire de lumière «construite» par l homme.

2 Exemples : Source primaires naturelles - Etoiles - Flammes issues des combustions - Lucioles, vers luisants (bioluminescence), Sources primaires artificielles - Lampes à incandescence, Lampes à décharge (tubes fluorescents, flash, lampe à vapeur de sodium, lampes fluo compactes) - L.A.S.E.R. - D.E.L. - Chimiluminescence (lumière qui résulte d une réaction chimique), Fluorescence, Phosphorescence, Triboluminescence (lumière qui résulte d une déformation mécanique) Remarque : Il existe des objets qui ne produisent pas la lumière qu ils émettent mais diffusent la lumière qu ils reçoivent. On les appelle des objets diffusants ou parfois sources secondaires de lumière Couleurs spectrale et perçue Définitions : - On appelle couleur spectrale une couleur qui correspond à une lumière dont le spectre ne présente qu une seule raie (donc une seule radiation) ; - On appelle couleur perçue l impression visuelle donnée par une lumière. Exemple : Spectre d une lumière qui correspond à une couleur spectrale Couleur perçue par l œil Remarque : Une couleur perçue n est pas forcément une couleur spectrale. Une couleur perçue n est pas une couleur spectrale si : - Elle ne figure pas dans le spectre de la lumière blanche (le magenta par exemple) ; - Son spectre comporte plusieurs radiations (donc plusieurs couleurs) Lumière monochromatique On appelle lumière monochromatique une lumière dont le spectre ne contient qu'une seule radiation (une seule longueur d onde ou une seule fréquence). Exemples : laser He-Ne, une lampe à vapeur de sodium Spectre de raie d émission du sodium LASER hélium néon ( = 632,8 nm (rouge)) 2.4. Lumière polychromatique On appelle lumière polychromatique une lumière composée d'un ensemble de lumières monochromatiques : son spectre contient plusieurs radiations donc plusieurs couleurs (plusieurs longueurs d onde).

3 Exemples : une lampe à incandescence, une lampe à vapeur de mercure Lampe à incandescence Lampe à vapeur de mercure 2.5. Filtres et lumières colorées Observation : Fig. 2 : Dispersion de la lumière blanche par un prisme Fig. 3 : Spectre continu de la lumière blanche Un prisme (ou un réseau) permet de décomposer la lumière blanche en ses différentes lumières colorées : la figure obtenue sur un écran s appelle le spectre (1) de la lumière blanche. Le spectre obtenu est un spectre continu. On appelle lumière blanche toute lumière dont la décomposition par un système dispersif (prisme, réseau) donne un spectre continu (qui contient toutes les couleurs de l arc en ciel). Un filtre est un système transparent qui permet d'obtenir une lumière colorée à partir d'une lumière blanche : il laisse passer la lumière colorée correspondant à sa couleur (en lumière blanche) et absorbe toutes les autres. Exemples : Couleur de la source Couleur du filtre Couleur de l écran Blanche Rouge Rouge Blanche Verte Verte Blanche Bleue Bleue Remarque : on peut caractériser la couleur d une source lumineuse par la courbe donnant l intensité lumineuse pour chaque lumière monochromatique présente dans la lumière qu elle émet, appelée profil spectral de la source ou courbe de répartition spectrale (ou en longueur d onde). Il s agit d une représentation visuelle des caractéristiques chromatiques d'une source de lumière. Exemple de profils spectraux : Lumière naturelle Lampe incandescente 1 Newton a utilisé pour la première fois le terme spectre (du latin «apparence» ou «apparition») dans un texte imprimé en 1671 en décrivant ses expériences en optique.

4 Lampe fluorescente Lampe à décharge 3. Superposition de lumières colorées 3.1. Synthèse additive Observations : Si on éclaire un écran blanc avec des lumières de couleurs différentes, on obtient une lumière d une autre couleur. Lumière 1 Lumière 2 Lumière obtenue Rouge Verte Jaune Rouge Bleue Magenta Verte Bleue Cyan A RETENIR : - En combinant plusieurs lumières colorées, on obtient une lumière d une autre couleur : c est la synthèse additive de la lumière (ou des couleurs) ; - Les couleurs primaires de la synthèse additive sont : le Rouge (R), le Vert (V) et le Bleu (B) Couleurs complémentaires Deux couleurs (perçues) sont dites complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc : Couleur primaire Rouge Vert Bleu Couleur complémentaire Cyan Magenta Jaune 3.3. Restitution des couleurs par un écran plat Pixel Sous-pixel Un écran plat est divisé en petites unités lumineuses : les pixels. Chaque pixel est lui-même composé de 3 sous-pixels colorés en rouge, vert et bleu. Pour afficher une couleur sur l écran, on règle l intensité lumineuse de chaque souspixel afin d obtenir la couleur voulue pour le pixel : les sous-pixels étant très petits, l œil ne les distingue pas et perçoit la superposition des lumières colorées émises (synthèse additive).

5 A RETENIR : Les écrans LCD (téléphones portables, moniteurs, téléviseurs, ) utilisent le principe de la trichromie pour reproduire les couleurs. 4. Absorption de lumières colorées 4.1. Synthèse soustractive A RETENIR : - C est la synthèse soustractive de la lumière (ou des couleurs) ; - Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont : le Jaune (J), le Cyan (C) et le Magenta (M). Remarque : Le principe de la synthèse soustractive est utilisé dans l'impression ou en peinture. Les substances colorées (pigments) dans les encres ou les peintures agissent comme des filtres. Le dépôt de ces pigments sur une feuille de papier blanc dans des proportions variables permet de restituer quasiment toutes les teintes possibles Couleurs complémentaires En synthèse soustractive, la superposition des couleurs complémentaires donnent du noir : Couleur primaire Cyan Magenta Jaune Couleur complémentaire Rouge Vert Bleu

6 Chapitre 3 : Les sources de lumière colorée Les objectifs de connaissance : - Situer les ondes électromagnétiques du domaine visible ; - Savoir situer les rayonnements infrarouges et ultraviolets dans le domaine des ondes électromagnétiques ; - Savoir définir une source de lumière ; - Savoir distinguer une source de lumière polychromatique d une source de lumière monochromatique à partir des longueurs d onde ; - Spectres de la lumière blanche ou de lumières colorées ; - Obtenir de la lumière colorée. Les objectifs de savoir-faire : - Utiliser des filtres pour réaliser des synthèses additives et soustractives des couleurs. Je suis capable de Oui Non - Définir les mots : source primaire, source primaire naturelle et artificielle, lumières monochromatique et polychromatique, lumière blanche, profil spectral, couleur spectrale, couleur perçue, synthèse additive, synthèse soustractive et trichromie. - Représenter le domaine visible des ondes électromagnétiques. (cf. 1) - Savoir situer les rayonnements infrarouges et ultraviolets dans le domaine des ondes électromagnétiques. (cf. 1) - Donner la valeur de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide. (cf. 1) - Expliquer le rôle d un filtre. (cf. 2.5) - Nommer les couleurs obtenues en mélangeant deux ou plusieurs lumières colorées. (cf. 3.1) - Nommer les couleurs obtenues en synthèse soustractive. (cf. 3.1) - Nommer les couleurs complémentaires en synthèse additive et en synthèse soustractive. (cf. 3.2 & 4.2) - Expliquer comment un écran LCD restitue les couleurs. (cf. 3.3)