Mise en situation 3 Autour de toi : les couleurs Questionnaire 5 Que sais-tu? L expérience 7 Résultats de l expérience 10 Notion historique 11 Il était une fois Notions scientifiques 13 Un peu de science Les réponses du premier questionnaire 18 Évaluation 21 Que sais-tu maintenant? Solutionnaire du questionnaire 23 Compare tes réponses En conclusion 25 Bibliographie 26 Pour en savoir plus 2
La couleur, c est quoi exactement? Tout autour de toi, il y a des couleurs i. Le rouge des framboises, le jaune des citrons, le brun du chocolat (miam, miam!!) Mais, t es-tu déjà demandé comment se forment les couleurs? Pourquoi le ciel est-il bleu et comment se créent les arcs-en-ciel? Image : http://iesalarnesfrances1.blogspot.com/ Pourquoi certaines pommes sont-elles rouges et d autres sont-elles vertes? Oui? Et bien cette activité est pour toi. 3
Afin de découvrir le mystère des couleurs, tu devras suivre ces quelques étapes. Premièrement, tu répondras à un petit questionnaire. Cela te permettra de te situer entre ce que tu sais déjà et ce qu il te reste à apprendre. Ensuite, tu feras une SUPER expérience. Ne t inquiète pas, on te guidera. Puis, on t expliquera l histoire des couleurs. Tu sais, les couleurs fascinaient les gens, même au temps des Grecs. Après, on t expliquera ce que c est exactement la couleur. Comment se forme-telle et pourquoi la voyons-nous? Ce sera l heure des notions scientifiques. Finalement, un petit jeu-questionnaire te permettra de t assurer que tu as bien compris. Alors, 4
Réponds aux questions suivantes au meilleur de tes connaissances. 1. Le blanc est l absence de toutes les couleurs. Lorsqu on voit un objet blanc, c est qu il ne reflète aucune couleur. Vrai ou Faux. Explique ta réponse. 2. Même lorsqu on ferme la lumière, un objet rouge reste rouge puisque sa couleur est une caractéristique qui ne dépend que de lui. Vrai ou Faux. Explique ta réponse. 3. Selon toi, pourquoi le ciel devient-il rouge-orangé le soir, un peu avant la tombée de la nuit? 5
4. Dans l écran de la télévision, il y a plein de petites lumières de toutes les couleurs puisque ma télévision peut projeter des images de toutes les couleurs. Vrai ou faux. Explique ta réponse. 5. Pour qu un arc-en-ciel puisse se créer, il faut du soleil et de la pluie en même temps. Vrai ou faux? Explique ta réponse. 6. Dans un stationnement, lors d une journée ensoleillée et sans nuages, deux voitures sont garées au centre du stationnement depuis deux heures. Une des voitures est blanche et l autre est noire. Si l on touche aux deux voitures en même temps que remarquera-t-on? a. La voiture blanche est plus chaude que la noire b. La voiture noire est plus chaude que la blanche. c. Les deux voitures sont aussi chaudes l une que l autre. Explique ta réponse. 6
De quoi est constituée la lumière blanche? Que se passe-t-il si l on fait passer la lumière à travers un prisme? Pour faire cette expérience ii tu auras besoin de : Une lampe de poche Un prisme de Newton Une pièce plongée dans le noir. (Tu peux attendre le soir pour effectuer ton expérience ou tu peux couvrir les fenêtres de papiers noirs.) Apporte dans une pièce obscure ton prisme de Newton et ta lampe de poche. Pose ton prisme sur sa base triangulaire. Je te conseille de le placer sur un comptoir ou un bureau. Si tu le poses sur le sol, ce sera plus difficile. De plus, tu peux utiliser ta lampe de poche pour t aider à voir dans le noir. À l aide de ta lampe de poche, fait passer de la lumière à travers le prisme. 7
À ce moment, les différents éléments devraient être placés ainsi : Une face plane du prisme face à toi Ta lampe de poche assez éloignée du prisme La lumière dirigée légèrement en angle par rapport à la face plane du prisme Amuse-toi pendant un moment à déplacer ta lampe de poche doucement. De droite à gauche et de haut en bas. Quelque chose de coloré devrait se produire As-tu vu? Bien, tu peux rallumer les lumières. Image : http://fr.dreamstime.com/image-stock-clipart-images-graphiques-lumineux-d-ampouleimage3131681 8
Selon tes observations, réponds à ces questions : Qu as-tu observé? Selon toi, que se passe-t-il lorsque la lumière passe à travers le prisme? Dessine ici ce que tu as vu pendant l expérience. 9
La lumière qui passe à travers le prisme, selon un certain angle, se divise en plusieurs couleurs. En fait, lorsqu on a réussi l expérience, on voit que la lumière qui passe à travers le prisme forme un arc-en-ciel. L as-tu vu? Ça devait ressembler à ça : 10
Issac Newton a fait cette expérience en 1666 iii! Évidemment, il n a pas utilisé une lampe de poche, mais plutôt un rayon de soleil. Il a dirigé la lumière à travers le prisme et il a obtenu un petit arc-en-ciel. Mais comment pouvait-il s assurer que les couleurs qui sortaient du prisme étaient bel et bien les couleurs de la lumière et non pas des couleurs cachées dans le prisme? Et bien, il a fait passer les couleurs qui sortaient du prisme dans un deuxième prisme. Toutes les couleurs se sont alors transformées en un faisceau de lumière blanche. Source d inspiration de l image http://www.owlsc.com/_content/about%20us%201.html Newton venait de prouver que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs. Voilà une illustration qui peut t aider à comprendre ce que Newton a fait : 11
Bien avant Newton des gens se sont penchés sur les couleurs et ont essayé de comprendre comment elles se formaient et de quoi elles étaient constituées. Aristote iv, par exemple, croyait que les couleurs dépendaient de la luminosité ou de l obscurité. Selon lui, toutes les couleurs se formaient entre le blanc et le noir selon la force de rayonnement de celles-ci. Le rouge était la couleur la plus lumineuse et donc celle qui suivait de près le blanc. Le violet et l indigo qui sont de couleurs plus sombres étaient les couleurs qui n apparaissent que lorsqu il n y avait que très peu de lumière. Évidemment, les théories d Aristote sur la couleur ne se basaient sur aucune expérience. Elles n étaient que sensorielles. C est-à-dire qu elle ne dépendait que de la perception qu Aristote avait des couleurs. Entre Aristote et Newton, il y eut plusieurs scientifiques qui se penchèrent sur le sujet. Mais aucun n a vraiment su défaire la théorie d Aristote ni a trouver de meilleures explications. 12
La lumière blanche contient toutes les couleurs. En fait, elle contient différentes longueurs d onde. Qu est-ce qu une longueur d onde v? Une onde, c est le déplacement des petites particules invisibles comme si elles étaient sur des vagues. Comme ceci : Une longueur d onde, c est la distance entre le début d une vague et sa fin. Comme ceci : On calcule cette longueur en nanomètres (milliardièmes de mètre). Oui, oui c est très très petit. Son abréviation est le nm. Donc, la lumière blanche contient toutes les longueurs d onde du spectre visible. 13
Qu est-ce que le spectre visible vi? Le spectre visible c est les longueurs d onde que nos yeux peuvent détecter. Le spectre visible se situe entre 400 nm et 800 nm. Notre cerveau interprète les plus grandes longueurs d onde comme du rouge et les plus petites comme de l indigo. Image : http://fr.wikipedia.org/wiki/lumière_visible D accord, mais comment se produisent les arcs-en-ciel vii? Tu te souviens de l expérience qu on vient de faire? Lorsque la lumière traverse le prisme, elle se divise (on dit plutôt qu elle se réfracte) en l ensemble du spectre visible. Lorsqu il y a du soleil et de la pluie en même temps, les gouttelettes de pluie agissent comme des milliards de petits prismes. Elles réfractent la lumière en son spectre visible. C est ce qui crée l arcen-ciel. Si tu veux voir l arc-en-ciel, tu dois te placer dos au soleil. Comme nous l avons vu dans l expérience, les prismes redirigent la lumière dans une autre direction. Alors, lorsqu il pleut et que le soleil rayonne en même temps, place-toi dos au soleil et regarde à gauche et à droite et peut-être verras-tu en arc-en-ciel. 14
Comment voyons-nous la couleur des objets viii? Lorsque la lumière blanche atterrit sur un objet, l objet absorbe certaines longueurs d onde selon sa nature. Les longueurs d onde qui ne sont pas absorbées par l objet sont reflétées vers nos yeux. C est donc dire que si un objet nous apparaît vert, c est qu il absorbe toutes les couleurs sauf le vert. La longueur d onde verte, qui n est pas absorbée par l objet, est reflétée de l objet vers nos yeux et c est pourquoi nous voyons cet objet vert. L objet blanc n absorbe pas de couleurs. Toutes les longueurs d onde sont reflétées en même temps vers nos yeux c est pourquoi il nous semble blanc. Un objet noir absorbe presque toutes les couleurs de la lumière. Puisque très peu de longueurs d onde sont reflétées vers nos yeux, c est pourquoi cet objet nous semble noir. La lumière (qu on peut aussi appeler énergie lumineuse) qui est absorbée par les objets est transformée en énergie thermique (chaleur). C est pourquoi un objet noir est plus chaud au soleil qu un objet blanc. As-tu déjà essayé de marcher pieds nus sur l asphalte bien noir en plein jour Aye-Aye Aye!!! 15
Oui, mais lorsque je fais de la peinture, je dois mélanger toutes les couleurs ensemble pour obtenir du noir ix Produire des couleurs avec de la lumière et produire des couleurs avec de la peinture (qu on va appeler matière) c est deux choses complètement différentes. Les couleurs produites avec la lumière se comportent différemment de celles produites avec de la matière. Lorsqu on produit des couleurs avec de la lumière (comme dans le cas de la télévision, de l écran d ordinateur ou de l éclairage lors d un spectacle), nous devons utiliser la synthèse additive. Cette synthèse s appelle additive parce que c est l addition des trois couleurs primaires qui donnent le blanc. Dans cette synthèse, les trois couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu. On dit de ses couleurs qu elles sont primaires puisqu avec elle nous pouvons créer toutes les autres couleurs. En additionnant le rouge et le bleu, on obtient du magenta. En mélangeant le rouge et le vert, on obtient du jaune et en additionnant du bleu et du vert on obtient du cyan. L absence de toutes les couleurs donne du noir. 16
Les couleurs que tu obtiens en mélangeant des pigments de peinture obéissent à la synthèse soustractive. On l appelle soustractive parce que le blanc est obtenu en soustrayant toutes les couleurs. Lorsque tu n ajoutes aucune couleur sur ta feuille blanche et bien ta feuille reste blanche. Cette synthèse soustractive est un peu le contraire de l autre. Les couleurs primaires sont le magenta, le cyan et le jaune. (Tu te souviens, ce sont les couleurs SECONDAIRES de la synthèse additive.) En mélangeant du magenta et du cyan, on obtient du pourpre. Le jaune et le magenta donnent de l orangé et le jaune et le cyan donnent du vert. Tu remarques que lorsqu on additionne les couleurs de cette synthèse le résultat est plus foncé? C est parce que lorsqu on mélange les trois couleurs primaires ensemble on obtient du noir. 17
1. Le blanc est l absence de toutes les couleurs. Lorsqu on voit un objet blanc, c est qu il ne reflète aucune couleur. Réponse : La lumière blanche est un mélange de toutes les couleurs comme tu as pu le constater pendant l expérience. L objet nous paraît blanc puisque toutes les couleurs de la lumière sont reflétées de l objet vers nos yeux en même temps. Attention, pour voir cet objet blanc, il faut qu il soit éclairé par une lumière blanche (une lumière qui contient toutes les couleurs du spectre visible). Alors cette affirmation est fausse. Par contre il faut faire attention aux différentes synthèses des couleurs. Comme nous l avons vu dans les notions scientifiques, il n est pas faux de dire que le blanc est l absence de toutes les couleurs. Selon la synthèse soustractive (la théorie des couleurs de la matière), cela est vrai. Par contre, il est faux d affirmer que l on voit un objet blanc puisqu il ne reflète aucune couleur puisque la vue relève de la synthèse additive de la couleur. 2. Même lorsqu on ferme la lumière, un objet rouge reste rouge puisque sa couleur est une caractéristique qui ne dépend que de lui. Réponse : La couleur d un objet dépend de la lumière qui l éclaire. S il n y a pas de lumière, il n y a pas de longueur d onde du spectre visible reflétée sur l objet vers nos yeux donc, l objet n a pas de couleur dans le noir. La couleur a besoin de la lumière pour exister. Alors cette affirmation est fausse. 18
3. Selon toi, pourquoi le ciel devient-il rouge orangé le soir, un peu avant la tombée de la nuit? Réponse : Un peu pour la même raison que le ciel est bleu. En plein jour, la lumière du soleil traverse l atmosphère de la terre presque perpendiculairement. Toutes les particules qui se trouvent dans l atmosphère diffusent les plus petites longueurs d onde de la lumière soit le bleu, le violet et l indigo. Le bleu du ciel en plein jour est donc le résultat de la diffusion des courtes longueurs d onde du spectre visible par les particules de l atmosphère de la terre. Le soir, les rayons de soleil traversent l atmosphère plutôt horizontalement. Puisque la distance que la lumière doit parcourir dans l atmosphère est plus longue pour arriver jusqu à nos yeux, seules les longueurs d onde plus longues réussissent à passer (le rouge et l orange). C est pourquoi le ciel nous semble rouge orangé x. Image inspirée de http://www.espace-sciences.org/archives/jsp/fiche_pagelibre_20711954.html 19
4. Dans l écran de la télévision, il y a plein de petites lumières de toutes les couleurs puisque ma télévision peut projeter des images de toutes les couleurs. Réponse : Pour créer toutes les couleurs, ta télévision ne projette que de petits, petits points de trois couleurs : le rouge, le vert et le bleu. Ces trois couleurs sont les couleurs primaires de la synthèse additive. Avec ces trois couleurs, on peut créer toutes les autres couleurs. Alors cette affirmation est fausse. 5. Pour qu un arc-en-ciel puisse se créer, il faut du soleil et de la pluie en même temps. Réponse : Pour qu un arc-en-ciel puisse se créer à l extérieur, il faut du soleil et de la pluie en même temps. Les gouttelettes d eau agissent comme de petits prismes qui réfractent la lumière en son spectre visible. Pour voir l arc-en-ciel, il faut être dos au soleil puisque, comme tu l as vu pendant l expérience, les prismes (les gouttelettes d eau) dévient les rayons du soleil en une autre direction. Cette affirmation est donc vraie. 6. Dans un stationnement, lors d une journée ensoleillée et sans nuages, deux voitures sont stationnées au centre du stationnement depuis 2 heures. Une des voitures est blanche et l autre est noire. Si on touche aux deux voitures en même temps que remarquera-t-on? Réponse : b. La voiture noire est plus chaude que la blanche. La voiture blanche reflète toute la lumière, c est pourquoi elle est blanche. La voiture noire absorbe les couleurs de la lumière, c est pourquoi elle est noire. La voiture noire absorbe donc beaucoup plus de lumière que la voiture blanche. L énergie lumineuse qui est absorbée se transforme en énergie thermique. La voiture noire est donc plus chaude parce qu elle absorbe plus d énergie lumineuse : énergie qui se transforme en énergie thermique. 20
Qu est-ce qu une longueur d onde? Quelles sont les couleurs primaires de la synthèse additive? Qu est-ce que la synthèse soustractive? Pourquoi les objets noirs sont-ils plus chauds? 21
Comment Newton a-t-il prouvé que la lumière était composée de toutes les couleurs? Que ce passe-t-il lorsqu un objet nous paraît bleu. Pourquoi le voyons-nous bleu? 22
Qu est-ce qu une longueur d onde? Réponse : C est la mesure de la distance entre le début et la fin d un mouvement ondulatoire avant qu il ne se répète. (Le début et la fin d une vague) On calcule cette distance en milliardième de mètre c est-à-dire en nanomètre. Quelles sont les couleurs primaires de la synthèse additive? Réponse : La synthèse additive est la synthèse de la lumière par les couleurs. On l appelle additive parce que le blanc est créé par l addition de toutes les couleurs. Les couleurs primaires de cette synthèse sont le rouge, le bleu et le vert. Qu est-ce que la synthèse soustractive? Réponse : La synthèse soustractive est la synthèse des couleurs de la matière. (Dans le domaine des arts plastiques, on appelle ces couleurs des couleurs pigmentaires.) On l appelle soustractive parce que c est la soustraction de toutes les couleurs qui donne le blanc. Pourquoi les objets noirs sont-ils plus chauds? Réponse : Les objets noirs absorbent la majorité des longueurs d onde de la lumière. Puisqu il y a peu de longueurs d onde qui sont reflétées de l objet vers nos yeux, c est pourquoi nous voyons cet objet noir. L énergie lumineuse absorbée par l objet se transforme en énergie thermique. C est pourquoi l objet noir est plus chaud qu un objet blanc en présence de lumière. 23
Comment Newton a-t-il prouvé que la lumière était composée de toutes les couleurs? Réponse : Il a, premièrement, divisé la lumière blanche en l ensemble du spectre visible à l aide d un prisme. Ensuite, il a fait passer le spectre visible à travers un deuxième prisme. Les couleurs se sont alors additionnées et elles ont reformé un faisceau de lumière blanche. Que ce passe-t-il lorsqu un objet nous paraît bleu. Pourquoi le voyons-nous bleu? Réponse : L objet nous paraît bleu puisque l ensemble des couleurs qui constituent la lumière blanche est absorbé par l objet à l exception de la longueur d onde bleue. Cette longueur d onde est reflétée de l objet vers nos yeux et c est pourquoi nous voyons cet objet bleu. 24
Grâce à une expérience toute simple, tu as découvert que la lumière était constituée de toutes les couleurs. Cette expérience, Newton l a faite avant toi il y a plus de 300 ans. Tu as appris comment se forment les arcs-en-ciel ainsi que les particularités des couleurs formées par la lumière et celles crées par la matière. Tu as même appris des notions scientifiques les longueurs d onde et le spectre visible. Maintenant, tu pourras expliquer à tes parents et à tes amis les mystères de la couleur lorsqu ils se demanderont : «la couleur, c est quoi exactement?» 25
i NESSMANN, Philippe. (2002) La couleur. Collection : kézako? Mango jeunesse ii CHESHIRE, Gérard. (1965) Lumières et couleurs. Éditions Hurtubise iii MAURY, Jean-Pierre. (2005) Newton et la mécanique céleste. Édition : Gallimard iv BLAY, Michel. (2001) Lumière sur les couleurs le regard du physicien. Édition Élipses v DÉRIBÉRÉ, M. (1964). La couleur. Collection : que sais-je? Presse universitaire de France vi DÉRIBÉRÉ, M. (1968) La couleur dans les activités humaines. Éditeur : Dunod vii FELLEUS, J.B. (1828) Manuel de météorologie ou explication: théorique et démonstrative Éditeur : Roret viii Références non-publiées ix BLAY, Michel. (2001) Lumière sur les couleurs le regard du physicien. Édition Élipses CHIROLLET, J.C. (2008) L'art dématérialisé: reproduction numérique et argentique. Éditions : Mardaga x <Pourquoi le ciel est-il rouge, le soir?> http://www.espacesciences.org/archives/jsp/fiche_pagelibre_20711954.html Consulté le 15 octobre 2011 26