LA LUMIÈRE La lumière Dossier BAC PRO SEN EIE LP du Giennois page : 1
1 QU'EST-CE QUE LA LUMIÈRE? Deux théories physiques contraires (mais semble-t-il complémentaires) s'affrontent. La première, dite corpusculaire, part du principe que la lumière serait formée d'un flux de grains élémentaires, appelés photons. Ces grains ont une masse, une vitesse, une direction, etc. qui caractérisent le flux lumineux. La seconde théorie assimile les ondes lumineuses à un flux électromagnétique, semblable aux ondes radio, mais avec des fréquences extrêmement élevées. À cette échelle, on ne parle d'ailleurs plus de fréquences, mais de longueurs d'onde, ce qui donne des grandeurs physiques plus faciles à identifier et à calculer. L'unité la plus couramment utilisée pour une longueur d onde d une source lumineuse, est le nanomètre (nm) qui vaut un milliardième de mètre. Sans trop rentrer dans les détails, ces deux théories semblent se compléter. On peut observer des conséquences physiques concrètes, résultat de l'un ou l'autre de ces deux modèles, mais il est difficile de distinguer la frontière entre eux. 2 LE SPECTRE LUMINEUX On appelle spectre lumineux, l'étendue des longueurs d'onde que les physiciens définissent comme étant la lumière. Figure 1. Le spectre lumineux visible s'étend de 780 nm à 380 nm. Les infrarouges se trouvent dans les longueurs d'onde supérieures à 780 nm. Au-delà de 380 nm, se trouve le domaine des ultraviolets, puis celui des rayons X et ionisants. Dans le bas du spectre, dans les grandes longueurs d'onde, on trouve les infrarouges (IR), largement utilisées en électronique. Cette partie du spectre est invisible aux yeux de l homme, il faut porter des lunettes spéciales pour visualiser les rayonnements IR. Notons que si nos yeux ne sont pas sensibles aux IR, nous pouvons cependant les sentir sur la peau, car ces rayons ont la particularité d échauffer les corps. En diminuant la longueur d'onde, nous arrivons dans la partie visible du spectre. La sensibilité réelle et l'étendue du spectre perceptible sont différentes d'un individu à l'autre. Les différentes longueurs d'ondes perçues par nos yeux sont converties en une sensation que nous appelons «couleur» Ce phénomène de sensation, intimement lié au cerveau, fait toute la difficulté du métier d'éclairagiste, car une sensation ne peut se quantifier, à l'inverse d'une donnée physique. Les sensations de couleur sont différentes d'un individu à l'autre. Notre oeil n'est sensible qu'aux rayonnements dont la longueur d'onde se situe grossièrement entre 380 nm et 780 nm. Selon la valeur de cette dernière, nous percevons le rayonnement comme une lumière d'une certaine couleur. Voici une correspondance approximative entre couleurs et longueurs d'onde : La lumière Dossier BAC PRO SEN EIE LP du Giennois page : 2
3 LES COULEURS PRIMAIRES, SECONDAIRES. FONDAMENTALES Les couleurs primaires (dites aussi "principales") sont la donnée de deux ou trois couleurs permettant, par leur mélange, l'obtention de toute autre couleur du spectre visible. On utilise généralement trois couleurs primaires, choisies de telle manière qu'on ne puisse pas obtenir l'une d'entre elles en mélangeant les deux autres. Les couleurs secondaires sont obtenues par mélange en égales proportions de deux couleurs primaires. Les couleurs tertiaires sont obtenues en mélangeant en égales proportions une couleur primaire et une couleur secondaire. La définition du terme "mélange" dépend du système dans lequel on se place : synthèse additive ou synthèse soustractive. Les couleurs dites fondamentales sont les sept couleurs de l'arc-en-ciel : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé et rouge. 4 COULEURS ADDITIVES ET COULEURS SOUSTRACTIVES Maintenant que nous avons nos différentes couleurs (c'est-à-dire nos différentes longueurs d'onde), nous allons les mélanger... Il existe deux familles d'objets colorés : ceux qui émettent de la lumière et ceux qui n'en émettent pas mais se contentent de renvoyer tout ou partie du flux lumineux qu'ils reçoivent. On parle dans un cas d'objets émissifs et dans l'autre d'objets absorbants. Le comportement des faisceaux lumineux est lié à la famille à laquelle appartient l'objet dont ils proviennent. La synthèse additive C'est le principe consistant à composer une couleur par addition de lumière. Lorsque dans une pièce plongée dans le noir, vous éclairez un mur blanc avec un spot rouge et un spot vert, à l'endroit où les deux faisceaux se coupent, la tache lumineuse sera jaune: c'est le résultat de la synthèse additive de la lumière rouge et de la lumière verte. La télévision, l'écran d'un ordinateur, les rayons lumineux suivent ce principe. Notez qu'en synthèse additive, le mélange de deux couleurs donne toujours une couleur plus lumineuse. La synthèse additive est propre aux objets émetteurs de lumière. En synthèse additive, le choix couramment fait est celui de trois couleurs primaires : le rouge, le vert et le bleu. En éclairage additif, les règles de base sont : Le flux lumineux global est égal à la somme des flux individuels. L addition des trois couleurs primaires donne du blanc. L absence totale d objets émissifs donne une couleur appelée noir. Les trois couleurs additives élémentaires sont : le rouge, le vert et le bleu. (RVB) Les trois couleurs additives secondaires sont : le cyan, le magenta, et le jaune. Toutes les couleurs rencontrées dans la nature peuvent être reproduites en combinant la lumière de ces trois longueurs d'onde avec des intensités variables. Un mélange à 100% des trois couleurs produit de la lumière blanche. La réduction de chacun des composants à 0% produit l'absence de lumière ou le noir. La synthèse soustractive Il s'agit du principe consistant à composer une couleur par soustraction de lumière. Lorsque vous mélangez deux couleurs au pinceau, la couleur obtenue est le résultat d'une synthèse soustractive. L'aquarelle, les impressions sur papier (imprimante couleur) utilisent ce principe. En synthèse soustractive, les trois couleurs couramment utilisées sont : le cyan (bleu clair), le magenta (rouge rose) et le jaune. En éclairage soustractif, les règles de base sont : La lumière Dossier BAC PRO SEN EIE LP du Giennois page : 3
Le flux lumineux global est égal aux flux lumineux de départ divisé par la somme des absorptions individuelles. L'addition des trois couleurs primaires donne du noir. Le blanc est une absence de couleur. Les trois couleurs soustractives élémentaires sont : le cyan, le magenta, et le jaune. Les trois couleurs soustractives secondaires sont : le rouge, le vert, et le bleu. Couleur complémentaire Une couleur est la complémentaire d'une autre si le mélange des deux a pour résultat du blanc en synthèse additive ou du noir en synthèse soustractive. La complémentaire d'une couleur est la même dans les deux systèmes additif ou soustractif. La complémentaire d'une couleur primaire est une couleur secondaire. La complémentaire d'une couleur tertiaire est une autre couleur tertiaire. Exemples : Complémentaire du jaune : bleu. Complémentaire du violet : vert citron. Complémentaire du blanc : noir (dans ce cas particulier, n'oubliez pas qu'en synthèse soustractive, le blanc est une absence de couleur c'est votre feuille blanche avant l'application de la gouache) 5 CONCENTRATION DU FAISCEAU LUMINEUX : Lorsqu'une source lumineuse produit un flux lumineux, celui-ci est émis dans l'ensemble des directions autour de la source. Ce genre de source est généralement inintéressant pour les applications d'éclairage scénique, car on ne maîtrise ni la direction, ni la qualité du flux. La lumière Dossier BAC PRO SEN EIE LP du Giennois page : 4
On va donc faire appel à des dispositifs de concentration et de focalisation, basés le plus souvent sur des lentilles convexes. On appelle distance de focalisation (parfois appelée distance focale) la distance qu'il doit y avoir entre la face extérieure d'un dispositif de focalisation et le sujet éclairé par la source pour que cette dernière se découpe correctement (pas de flou) Lorsqu'un objet éclairé par une source focalisée se trouve en dehors de la distance focale, les ombres projetées donnent une sensation de flou. Chaque dispositif de focalisation, simple ou complexe, est caractérisé par cette distance qui est directement dépendante de la géométrie des constituants optiques (épaisseur des lentilles, courbure des faces, etc.) 6 LES DIFFÉRENTES SOURCES LUMINEUSES Les sources lumineuses à incandescence Les lampes à incandescence sont les plus anciennes sources d'éclairage électrique. Il en existe deux grandes familles : les lampes à incandescence simple et les lampes halogènes. Dans les différents domaines de l éclairage scénique (théâtre, TV, concerts, discothèques), on n utilise plus que les sources dites TH (Tungstène Halogène) Les lampes à décharge Deuxième grande famille de sources d'éclairage, les lampes à décharge sont en fait les descendantes des lampes à arc apparues à la fin du XIXe siècle. Le principal avantage des lampes à décharge, par rapport aux lampes à incandescence, est leur rendement élevé. Pour fonctionner correctement ces lampes ont besoin d un allumage, d une montée en puissance, d une extinction et d un allumage à chaud. Les tubes fluorescents Les tubes fluorescents font en fait partie de la catégorie des lampes à décharge. À la différence des lampes HMI (Hg Métal Iodine) et HID (High Intensity Discharge), le flux lumineux n'est pas produit par un arc électrique, mais par la fluorescence d'un gaz, dans lequel passe une décharge électrique. Les tubes à éclairs Les lasers Les tubes à éclair, également appelés tubes flashes, tubes à éclats ou tubes au Xénon, permettent d'obtenir des éclairs de lumière courts et violents. Leur usage est strictement limité au domaine des effets spéciaux. Les stroboscopes, qui emploient ces tubes, permettent de produire toute une batterie d'effets différents, selon le réglage de la puissance et de la cadence. Une émission continue d'éclairs rapides dans une pièce sombre permet d'obtenir une décomposition du mouvement assez caractéristique. Les lasers ne sont pas à proprement parler des sources d'éclairage. Ils servent uniquement pour produire des effets spéciaux. Pour obtenir des effets intéressants, il faut un matériel lourd. On en distingue surtout deux types : Les lasers solides à semi-conducteurs. Les lasers à gaz. Il existe d'autres technologies de lasers, mais elles ne sont pas employées dans le domaine du spectacle. Les sources solides sont très simples à utiliser, mais leur puissance est limitée (de 1 à 5 mw pour les sources vendues au grand public, 25 à 100 mw en général sur les appareils professionnels, 500 mw dans certains cas) La lumière Dossier BAC PRO SEN EIE LP du Giennois page : 5