1 ère ES/L 3/3 Couleurs et Arts L artiste peintre ne dispose que de quelques matières colorées pour réaliser son œuvre. Sa connaissance des mélanges lui permet de réaliser toutes le nuances qui permettront à sa peinture de «capter la lumière» et de restituer toutes ses émotions. Quels mécanismes physico-chimiques sont à l œuvre dans notre œil permettant de percevoir l «infinité» des couleurs de la matières? M.Fabbro 201../201.. Ce livret appartient à : Classe :
I. Colorants et pigment, hier et aujourd hui 1) Un peu de vocabulaire Solution : mélange liquide homogène de deux ou plusieurs substances. La substance majoritaire est le solvant, les substances minoritaires sont les solutés. Les pigments sont généralement insolubles dans leur milieu. Ils se fixent à la surface de l objet. Après les avoir finement broyés, on les mélange généralement à un liant plus ou moins pour obtenir des fards, peintures, enduits, encres Les pigments sont d origine minérale (animale ou végétale) et actuellement synthétiques. Au contraire des pigments, les colorants et les teintures (terme utilisé pour parler d un colorant d une fibre textile) et dissolvent dans les solvants. Ainsi, ils se mélangent à la couleur initiale. Par exemple, un tissu bleu plongé dans un bain de teinture jaune deviendra vert par combinaison du bleu et du jaune. Dans le bécher A on a mis un colorant/pigment car :.. Dans le bécher B on a mis un colorant/pigment car :.... Si l on fait de la peinture à l huile, pourquoi ne peut-on pas rincer les pinceaux avec de l eau?.. 2) Approche historique La couleur est, par elle-même, un langage permettant de communiquer. Ce langage implique nombre de conventions d ordre psychologique, symbolique ou religieux. Il varie de lieu en lieu et d âge en âge. L utilisation de la couleur remonte aux origines de l humanité. Depuis la préhistoire, la maitrise de la couleur est un souci constant de nos civilisations. Il y a 30 000 ans déjà, l homme des cavernes utilisait des pigments naturels pour réaliser les fresques qui ornaient les parois des grottes. L analyse des peintures rupestres montre que la diversité des couleurs obtenues avec les ocres naturelles était liée à la maîtrise du feu. 1/15
Les oxydes de fer (qu on trouve à l état naturel dans le sol) passaient progressivement du jaune de la goethite au rouge de l hématite lorsqu ils étaient chauffés à plus haute température. Le noir, très utilisé aussi, était issu du charbon de bois ou d os, du charbon minéral ou bien d oxyde de manganèse. Ces pigments, sous forme de poudre, étaient mélangés avec un matériau incolore, la charge, pour donner une certaine consistance, faciliter l étalement et améliorer la conservation. Cette charge était de l argile, par exemple. Un liant à base de graisse ou d eau était généralement nécessaire pour améliorer la qualité du mélange. Ces fresques colorées, surtout animales, avaient peut-être des propriétés chamaniques, car on les retrouve dans des grottes peu fréquentées et difficilement accessibles par les hommes de l époque. On peut imaginer qu elles avaient une fonction magique, pour faire venir le gibier ou remercier les divinités. L Antiquité est aussi dirigée par les couleurs. Les Egyptiens utilisaient beaucoup de couleurs pour peindre leurs tissus, leurs temples et sarcophages, mais deux couleurs dominent l art égyptien : le bleu et le vert égyptiens. En plus de la poudre de lapis-lazuli qui donne un bleu profond, ils se servaient d un colorant bleu dont le secret de fabrication était transmis de bouche à oreille, le bleu égyptien. Il s agit d un silicate double de calcium et de cuivre, qui était chauffé et suivant l intensité du chauffage, l intensité des bleus était variable. Ce pigment était ensuite broyé puis étendu sur les sarcophages ou murs. Le bleu correspondait au souffle divin et décorait ainsi la coiffure de ceux qui étaient partis dans l Eternité. A ces pigments déjà évoqués, ils ajoutaient le vert de la malachite qui est issu d une pierre. Cette couleur verte, est associée à la végétation, à la vie qui renaît et donc à la renaissance. La couleur verte des amulettes suffisait alors à protéger celui qui la portait. Le vert égyptien était fabriqué comme le bleu égyptien mais en changeant les proportions des composants (appauvrissement en cuivre et enrichissement en sodium). Pour les romains, la couleur très recherchée était la couleur pourpre : obtenue à partir du coquillage murex : il fallait 12000 murex pour extraire 1,4g de colorant. Cette couleur était si précieuse qu elle est déclarée «Color Officialis» et qu elle correspond au pouvoir. L empereur Néron ordonne la peine de mort et la confiscation des biens pour celui qui porterait ou même achèterait de la pourpre impériale. Pompéi est aussi célèbre par la couleur rouge des murs de ses demeures, ce rouge sang provient du cinabre (sulfure de mercure), réduit en poudre et qui donnera le rouge vermillon. Ce cinabre coutait très cher (car provenait uniquement d une mine en Espagne), il n était alors utilisé que pour les demeures de grande classe. On oppose à la couleur pourpre de l Empire Romain, la couleur barbare (caeruleus color) des barbares ; ce bleu foncé était tiré du guède, plante dont les Bretons et Celtes se peignaient le corps pour apparaitre redoutables au combat. Cette couleur bleue était ainsi déconsidérée pendant toute la période romaine et il faut attendre la fin du XIIe siècle pour la voir adopter par les puissants. C est pourquoi les mots évoquant le bleu sont surtout d origine arabe et non latine ou grecque. Les peintres qui brillaient du Moyen-âge au XVIIe siècle n utilisaient que des pigments naturels pour leurs tableaux et peu de ces couleurs tenaient à la lumière, la plupart des couleurs qu on trouve dans la nature ne supportent pas la lumière et fanent. L époque de la chevalerie avait découvert l azur et l or qui fut associé à ces couleurs chrétiennes. Ces couleurs correspondent alors au commandement et à la dignité d un rang élevé de celui qui les porte. Ainsi la couleur bleue est réhabilitée et va représenter le royaume de Dieu. 2/15
Ce sera l heure de gloire du pastel bleu, coloration issue d une plante, le pastel (Istasis Tinctorial). La région de Toulouse était très célèbre pour cette production. Le cycle de la fabrication du bleu pastel est très long (environ deux ans) et sa préparation complexe. En 1562, l indigo, issu de l Inde et provenant de la plante indigotier beaucoup moins cher que le pastel, le supplantera définitivement. Pour obtenir le bleu indigo, il suffit de faire fermenter les feuilles. D autres colorants seront ensuite découverts et utilisés : un colorant rouge l alizarine, assez résistant, issu de la racine de garance ; le kermès qui est un insecte et qui donne le rouge écarlate, réside sur les chênes kermès (Quercus Coccifera) et sur les chênes lièges (Quercus Ilex). Ce parasite des chênes forme des gales des rameaux. Ces gales sont broyées et la poudre obtenue est soluble dans l'eau. On obtient un rouge équivalent au rouge vermillon en le mélangeant avec du vinaigre et du citron. On découvre encore, le jaune indien tiré de l urine des vaches nourries avec des feuilles de manguier, le jaune provenant de plantes comme le genêt. Le Nouveau Continent découvert par Christophe Colomb, recèle de nombreuses couleurs inconnues comme le bois de campêche (noir-violet), le mûrier, la cochenille qui va détrôner le kermès. La cochenille du Nopal, est un insecte qui se développe sur les figuiers de barbarie. Ce sont les femelles qui sont à l'origine du rouge carmin. L'arrivée des colorants artificiels En 1856, un jeune chimiste, Perkin essaya de synthétiser la quinine pour combattre le paludisme. Ces essais l amenèrent à oxyder un dérivé de l aniline. Il obtint un précipité rougebrun qui n avait rien à voir avec la quinine mais il venait de découvrir un colorant de bonne qualité pour les textiles : la mauvéine. Il venait d inventer le premier colorant synthétique. Puis l Allemagne prit le relais et développa une très importante industrie de chimie et synthétisa différents colorants : l alizarine, produit de synthèse beaucoup moins cher que celui extrait de la garance, l indigo En 1864, Eugène Chevreul publia «Des couleurs et de leurs applications aux arts industriels», livre dans lequel il répertoria 14400 tonalités chromatiques des colorants naturels ou artificiels. Au XIXe siècle les impressionnistes profitent des pigments de synthèse, ils apprécient souvent ces pigments nouveaux issus de la chimie moderne, qui donnent des couleurs éclatantes. Répondre aux questions suivantes à la fin du livret en page 13. 1) Quelles étaient les deux couleurs prédominantes dans l art rupestre? 2) Quelle était l origine de ces pigments? 3) Comment faisaient-ils pour diversifier les couleurs? 4) Quelle (s) fonction (s) pouvaient avoir ces fresques colorées? 5) Sous quelle forme se présentent les pigments? 6) Quelles couleurs dominent l art égyptien? Quelles étaient leurs significations? 7) Quelle était l origine de la couleur pourpre? 8) Quelle est la couleur opposée à la couleur pourpre pour les romains? Pourquoi? 9) Comment la couleur bleue a-t-elle été réhabilitée? 10) Pourquoi les couleurs des tableaux s altéraient facilement au Moyen-âge? 11) Au 16e siècle, d autres colorants ont été découverts. En citer deux d origine animale et deux d origine végétale. 12) Quel a été le 1er colorant de synthèse? 3/15
II. Paramètres influant sur la couleur 1) Teinture sur mordant Le «mordant» est une espèce chimique qui sert d intermédiaire de fixation entre le colorant et la fibre : cette opération est le «mordançage» Dans l expérience ci-dessous, un fil de laine a été teinté de rouge alizarine ou de rouge cochenille grâce à différent mordant : M1 : chlorure d étain et tartrate de potassium. M2 : dichromate de potassium et acide formique. M3 : sulfate de fer III. Comment qualifier l effet du mordant sur la couleur de la fibre pour un colorant donné?. Compléter le texte à trous avec les mots suivants : «mordant», «mordançage», «teinturiers», «sels minéraux», «aval», «effluents», «éclatante». Au Moyen-Age, les. s installaient au bord des rivières en. du quartier des tanneurs. Ces derniers utilisaient des. pour le traitement des peaux. Au Moyen-Age, les eaux de rinçage étaient directement déversées dans les rivières. Les.. (eaux résiduelles) des tanneries servaient donc de. aux teinturiers. En général, la couleur du textile teint avec.est plus..que dans celle du même textile teint directement. 2) Facteurs physico-chimiques a) Le ph 4/15 Dans l expérience ci-contre, le ph d une solution de chou rouge a été modifié (ph=2 est acide, alors que ph=12 est basique). La molécule cyanidine du chou peut prendre différentes formes suivant le ph et colorer différemment la solution dans laquelle elle se trouve.
Bilan : «couleur», «ph», «facteur»» Le.. du milieu est un. qui peut influencer la.. de certaines espèces chimiques. b) La lumière Quel facteur influence la couleur d un matériau photochrome?. c) L humidité On ajoute quelques gouttes d eau distillée sur du sulfate de cuivre anhydre. Dans quasiment tous les musées, les œuvres d art et en particulier les peintures sont exposées dans des conditions très strictes. Le degré d hygrométrie ainsi que la température sont surveillées, l air est filtré pour éviter toute pollution extérieure, il y a très peu de lumière directe du jour et les photographies au flash sont interdites. Il faut en fait surtout éviter les variations de ces différents paramètres. Taux idéal d humidité relative : 50 à 60% Température idéale : entre 18 et 20 C Bilan : «bleue», «eau», «espèce», «degré d humidité» L addition d entraine l apparition d une coloration bleue très.. Le.. d un milieu a une influence sur la couleur d une. chimique. d) La température La température d un milieu a une influence sur la couleur d une espèce chimique. Faire les exercices 4 et 5 page 12 5/15
III. Synthèse additive 1) Réalisation de la synthèse additive A partir de vos observations, compléter le schéma suivant avec les mots «jaune, «magenta», cyan», «blanc». Expliquer pourquoi la perception des couleurs autres que le rouge, le bleu ou le vert est qualifiée de «synthèse additive». Bilan : La synthèse additive consiste à superposer des lumières colorées primaires,, pour obtenir des couleurs secondaires,,. Bleu +Vert = Bleu + Rouge = Vert + Rouge = Bleu +Vert + Rouge = Deux couleurs sont dites complémentaires si leur superposition donne du blanc. Exemples : Rouge et Cyan sont complémentaires car Rouge + Cyan ( + ) = Bleu et Jaune sont complémentaires car Bleu + Jaune ( + ) = Le noir correspond à l absence de lumière. 6/15 Faire l exercice 7 page 12
2) Le cercle chromatique Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc. Pour connaître la couleur complémentaire d une couleur donnée, on utilise un cercle chromatique. Deux couleurs diamétralement opposées sur le cercle sont complémentaires l une de l autres. Exemple : La couleur complémentaire du rouge-rosé est le. car rouge-rosé +. = blanc. La couleur complémentaire du magenta est le car magenta + = blanc. Quelle est la couleur d une lumière obtenue par la superposition de lumières rouge + bleu + jaune?... En peinture quelle couleur obtient-on si l on mélange de la peinture jaune avec de la peinture bleu? Peut-on parler de synthèse additive des couleurs? IV. Synthèse soustractive 1) Soustraire des couleurs On réalise le dispositif optique constitué d une source de lumière blanche (lumière composée de toutes les couleurs) qui éclaire une cuve remplie d une solution colorée. La lumière passe ensuite à travers une réseau, système optique permettant de disperser la lumière. Le spectre de la lumière obtenue est projeté sur une écran de projection (doc a). La cuve est remplie d une solution d un colorant alimentaire bleu (doc b) puis jaune (doc c). Bilan : «soustractive», «filtre», «absorbe» La solution joue le rôle de. et.. certaines radiations lumineuses (les couleurs) : on parle alors de synthèse. de la couleur. Quelle est la couleur de la lumière blanche soustraite par la solution bleue? Quelle est la couleur de la lumière blanche soustraite par la solution jaune? 7/15
En utilisant le cercle chromatique, que pouvez-vous remarquer sur la disposition de la couleur soustraite et de la couleur de la solution? On dit que ces deux couleurs sont donc?. Quelle est la couleur soustraite par une solution de couleur magenta? 2) La couleur des objets a) La soustraction de couleurs Placer les mots suivants : «diffuse», «soustrait», «complémentaire», «soustractive». Un objet éclairé absorbe -. - certaines radiations de la lumière qui l éclaire : c est la synthèse. Il.. (renvoie) les radiations qu il n a pas absorbées : la couleur perçue par l observateur de cet objet est la couleur des radiations qu il diffuse ou transmet. C est la couleur des radiations qu il absorbe. Un objet blanc diffuse toues les radiations qu il reçoit, un objet noir absorbe toutes les radiations qu il reçoit. Par exemple : un objet bleu éclairé en lumière blanche absorbe le vert et le rouge, mais diffuse le bleu. Exercice : on éclaire grâce à une lumière blanche une pomme qui apparaît verte. Quelles sont les couleurs envoyées sur la pomme, les couleurs absorbées par la pomme et la couleur diffusée par la pomme? Faire un schéma. a) Les filtres On interpose des filtres colorés à un faisceau de lumière blanche. Que se passe-t-il quand on place un filtre vert devant une source de lumière blanche? Compléter le tableau suivant : Filtre Lumière diffusée Lumière absorbée Vert Rouge Bleu Cyan Jaune Bleue + Verte Magenta 8/15
Animation disponible ici : http://labolycee.org/anims/couleursdesobjets.swf Bilan : Dans le cas de la synthèse soustractive, les couleurs primaires sont cette fois-ci le,, et les couleurs secondaires sont le,, Deux couleurs sont dites complémentaires si leur superposition donne du.. Finalement, c est le. de la synthèse additive. Sur le cercle chromatique chromatique, la couleur absorbée est opposée à la couleur diffusée. 3) La couleur en imprimerie Les peintures ou les encres d imprimantes se comportent comme des filtres qui soustraient des couleurs à la lumière blanche émise par la feuille blanche sur laquelle on peint où l on imprime. C est pourquoi en peinture les couleurs primaires sont le jaune, le cyan (dit bleu cyan) et le magenta (dit rouge magenta) et que dans une imprimante il y a 3 cartouches couleur (jaune, cyan et magenta). V. Couleurs et mélanges 1) Identifier des mélanges de colorants 9/15 Faire les exercices 1 et 2 page 11 Pour savoir si une couleur est issue d un seul pigment ou mélange de pigments, il faut réaliser une chromatographie. C est une méthode de séparation et d identification d espèces chimiques. Placer les mots suivants : «hauteur», «pure», «A», «B», «éluant», «mêmes», «élution», «ligne de dépôts», «séparent», «mélange». Sur le chromatogramme ci-contre, on a déposé deux espèces chimiques A et B sur la On plonge le chromatogramme dans un liquide appelé l.. Cet éluant migre sur le chromatogramme, c est ce que l on appelle l On remarque que toutes les tâche ne migrent pas à la même. On remarque aussi que certaines espèces chimiques se. Si une espèce chimique ne se sépare pas, on dit qu elle est., sinon on dit que c est un L espèce B est donc un mélange de.. et de.. Si deux tâches migrent à la même hauteur, alors ce sont les.. espèces chimiques. On conclut donc qu il y a un peu de dans l espèce chimique La chromatographie est une technique d identification, mais pas de séparation. Faire l exercice 8 page 12
2) Extraction d un colorant Certains colorants alimentaires sont plus dans d autres solvants que l eau. Ci-contre, on rajoute une solution d acétone à un sirop de menthe, et on constate l apparition de deux phases distinctes. La densité de l acétone est de 0,8 et celle de l eau sucrée est de 1,1. Dans quel solvant se trouve le colorant bleu?.. Combien de colorant, au moins, le sirop de menthe contient-il?.. La synthèse des couleurs réalisée dans le sirop de menthe est-elle additive ou soustractive?.. Faire l exercice 3 page 11 10/15
Banque d exercices 11/15
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Réponses aux exercices 13/15
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