OPTIQUE - VISION DES COULEURS Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent? Ce ne sont pas les objets eux-mêmes que nous voyons mais une partie de la lumière qu'ils nous envoient. Certains objets ne sont visibles que parce qu'ils émettent de la lumière. Ainsi nous pouvons voir les ampoules électriques, les flammes, les étoiles ou les lucioles, car ils produisent de la lumière qui arrive jusqu'à nos yeux. Mais la plupart des objets qui nous entourent ne produisent pas de lumière. Si nous les voyons, c'est parce qu'ils réfléchissent une partie de la lumière qui arrive jusqu'à eux. 1. Qu'est-ce que la lumière blanche? La lumière émise par le soleil ou une lampe électrique est appelée «lumière blanche». La lumière blanche est composée d un ensemble de lumières colorées. On peut décomposer la lumière blanche (c'est-àdire séparer les lumières colorées qui la composent) avec un prisme, une goutte d eau, une bulle de savon ou un disque laser. On obtient le spectre de la lumière blanche, c'est-à-dire un ensemble de bandes colorées. Le domaine visible 1
2. Le modèle trichromique RVB La lumière du projecteur de diapositives est modélisée par les 3 lumières RVB (R : rouge, V : vert, B : bleu), c est le modèle trichromique RVB. Si sur un écran blanc on envoie un faisceau de lumière Rouge, l'écran paraîtra Rouge. Si son envoie un faisceau de lumière Bleue, l'écran paraîtra Bleu. Si on envoie un faisceau de lumière Verte, l'écran paraîtra Vert. Synthèse additive des couleurs : addition de rayons lumineux Que donne l'addition de trois lumières de couleur rouge, verte et bleue? On parle de synthèse additive des couleurs quand on additionne plusieurs sources lumineuses colorées pour former une nouvelle couleur. L'exemple le plus parlant pour illustrer la synthèse additive est le mélange de couleurs à l'aide projecteurs lumineux. Question : à votre avis, si l'écran reçoit des lumières Rouge et Verte en même temps, que voit-on sur l'écran? Notons : R = rouge, V = Vert R + V =... 2
Question : à votre avis, l'écran reçoit des lumières Bleue et Verte en même temps, que voit-on sur l'écran? Notons : B = Bleu et V = Vert B + V =... Question : à votre avis, l'écran reçoit des lumières Bleue et Rouge en même temps, que voit-on sur l'écran? Notons : B = Bleu et R = Rouge B + R =... Situation 5: Question : à votre avis, lorsqu'on superpose les trois lumières colorées (RVB) que voit-on sur l'écran? R + V + B =... Les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu. La superposition de deux couleurs primaires, permet d'obtenir une couleur dite secondaire (cyan ; magenta ; jaune). Le principe de la synthèse additive des couleurs est utilisé dans les écrans de télévision ou d ordinateur. Les couleurs sont reproduites en utilisant les trois couleurs primaires de lumières : rouge, vert et bleu. Les luminophores d un écran plat sont très proches les uns des autres pour que l œil ne puisse pas les distinguer. Pour chaque point (ou pixel) de l image, le cerveau effectue la synthèse additive des lumières rouge, verte et bleue reçues par l œil. 3
Règle d'addition des couleurs des rayons lumineux (synthèse additive)...... 4
3. La synthèse soustractive des couleurs Les filtres colorés sont des lames de verre ou de matières plastiques transparentes et colorées. Il faut placer un ou plusieurs filtres colorés entre la source de lumière et l œil. Le filtre transmet (= laisse passer) certaines lumières colorées et le colorant du filtre absorbe les autres. La lumière filtrée continue sa route vers notre œil. Situation 7 : Si on place un filtre vert entre la source de lumière blanche et le prisme, que verra-ton sur l'écran? Et avec des filtres bleu et rouge? Schéma pour le vert Schéma pour le rouge Schéma pour le bleu D où proviennent les lumière rouge, verte et bleue reçues par l œil? Elles ne proviennent pas de la peinture des filtres colorés puisque ceux-ci ne sont pas des objets lumineux, elles ne peuvent donc provenir que de l éclairage. Comment la lumière de l éclairage interagit-elle avec les colorants rouge, vert et bleu? La lumière blanche doit être considérée comme...... Un filtre vert...... Un filtre rouge...... Un filtre bleu...... On réalise une synthèse soustractive lorsqu'on supprime une partie du spectre d'une lumière afin d'obtenir une couleur différente. Pour supprimer une partie du spectre d'une lumière on peut utiliser des filtres colorés. 5
Cas de 1 seul filtre......... 4. Règles de la modélisation de la perception des couleurs avec des filtres colorés transparents. Soustraction de couleurs (La synthèse soustractive). Absorption par un filtre : On représente un filtre comme une substance qui laisse passer certaines lumières et en absorbe d autres. L action d un filtre sur la lumière qu il reçoit est représentée par la codification ci-dessous. 6
Le filtre porte le nom de la couleur perçue lorsqu il est éclairé avec de la lumière blanche. Exemples : a) Un filtre magenta est un filtre qui transmet les lumières R et B (schéma ci-dessous). On en déduit donc qu un filtre magenta est un filtre qui absorbe la lumière verte. Modélise ce filtre. Quelle sera la couleur perçue sur l'écran?... b) Un filtre jaune est un filtre qui transmet les lumières R et V. On en déduit donc qu un filtre jaune est un filtre qui absorbe la lumière bleue. Quelle sera la couleur perçue sur l'écran?... Modélise ce filtre. Schéma Un filtre bleu doublé d'un filtre rouge sont placés devant un projecteur de lumière blanche éteint. Question : De quelle couleur percevra-t-on l'écran lorsqu'on allumera le projecteur? Aide toi des schémas ci-dessous. Prédire en faisant des schémas sur une feuille A4, selon les règles de la modélisation, la couleur perçue sur un écran, de la superposition : - de 2 des filtres : jaune et magenta, magenta et cyan, jaune et cyan. - des 3 filtres : jaune, magenta et cyan. - de 2 des filtres : rouge et vert, vert et bleu, rouge et bleu. 7
Conclusion Action des filtres colorés sur la lumière blanche (synthèse soustractive) On enlève (soustrait) des rayons lumineux, la couleur qui résultera du mélange sera plus foncée 5. La couleur d'un objet (soustraction de rayons lumineux). Absorption des rayons lumineux par une surface opaque diffusante Questions : a) Donne la définition d une lumière polychromatique. b) Quelles sont les couleurs arrivant sur la pomme? c) Quelle(s) couleur(s) est (sont) rediffusée(s) par la pomme qui est vue verte? d) Qu advient-il de la lumière qui n a pas été diffusée par la pomme? e) Quelle serait l apparence de la pomme si elle ne diffusait aucune couleur? f) Même question si elle ne diffusait que du rouge et du vert. g) Quelle serait l apparence d une pomme verte éclairée en lumière magenta? 8
6. Règles de la modélisation de l'absorption par une surface opaque diffusante. Questions : De quelle couleur verra-t-on le citron si on l'éclaire avec de la lumière cyan? Fait un schéma modélisant ce problème pour répondre. Est si il est éclairé avec de la lumière bleue? Fait un schéma modélisant ce problème pour répondre. Question: 9
Quelle sera la couleur perçue si on éclaire un poivron rouge avec de la lumière verte? Fait un schéma modélisant ce problème pour répondre. A retenir : Les objets peuvent réémettre la lumière qu ils reçoivent : On dit qu ils diffusent la lumière. Les objets blancs diffusent toutes les couleurs Les objets noirs absorbent toutes les couleurs Mélanges de peintures (soustraction de rayons lumineux) Deux pots de peinture, l un magenta, l autre jaune, sont versés à terre. Les deux peintures se mélangent en partie. Les peintures renversées sont éclairées en lumière blanche. a) Quelles sont les couleurs diffusées par la peinture jaune? b) En déduire la (les) couleur(s) absorbée(s) par la peinture jaune. c) Quelle est la couleur absorbée par la peinture magenta? d) En déduire les couleurs absorbées par la zone de peintures mélangées. e) Déterminer alors la couleur réfléchie de cette zone de mélange. f) si on rajoute de la peinture cyan, de quelle couleur sera le mélange de peinture? g) Quelle couleur perçoit-on lorsqu on mélange des peintures: cyan et jaune 10
h) Quelle couleur perçoit-on lorsqu on mélange des peintures: cyan + magenta i) Quelle couleur perçoit-on lorsqu on mélange des peintures: jaune + magenta j) Quelle couleur perçoit-on lorsqu on mélange des peintures: cyan + magenta + jaune Conclusion : On peut reproduire l'ensemble des couleurs de la nature en utilisant en peinture les trois couleurs secondaires le jaune, le magenta et le cyan. Ces peintures absorbent respectivement les couleurs primaires bleu, vert et rouge. Ce procédé de synthèse soustractive est utilisé en peinture, en photographie et en imprimerie (ex: les cartouches couleurs d'imprimantes contiennent uniquement ces trois couleurs) Les couleurs de Valentine Sur la piste de danse lorsque les spots rouge et vert passent en même temps sur elle, sa robe blanche devenait jaune. Son amie Jade ne voulait pas la croire. Comme Valentine veut prouver qu elle a bien toute sa tête, elle prend une feuille de papier blanc et dessine, avec de la peinture, un trait de couleur verte, puis par-dessus un trait de couleur rouge, elle obtient alors un mélange très sombre... Elle n y comprend plus rien!!! Expliquez-lui pourquoi obtient-on quelque chose de sombre. 11
TP Observation à la loupe des couleurs des bâtonnets d un écran d'ordinateur qui sont à l origine des couleurs perçues par l observateur. - expérience réalisée sur un écran d ordinateur - un bloc de 3 cellules voisines de cristaux liquides (ayant l apparence de bâtonnets) avec chacune un filtre (rouge, vert, bleu) constitue un pixel produisant la couleur recherchée. - utilisation d une loupe à poser sur l écran, grossissement 15 x Tâche 1- Afficher l image de la rosace sur l écran de l ordinateur 2- Observer à la loupe les différentes couleurs de la rosace (il y a des bâtonnets allumés ou éteints). Réponse à établir - l écran est formé d un damier de bâtonnets alternativement rouge, vert et bleu qui sont allumés ou éteints (ils apparaissent noirs lorsqu ils sont éteints). 12
...... TP Explication de la production sur un écran d ordinateur des autres couleurs que rouge, vert, bleu, magenta, cyan, jaune, blanc et noir : les gris, l orange, etc. Tâche 1 1- Afficher l image ci-contre (charte des gris) sur l écran de l ordinateur 2- Expliquer comment les bâtonnets rouge, vert et bleu de l écran permettent de produire les gris de cette image. Réponse à établir - couleur perçue blanc = toutes les lumières des bâtonnets rouge, vert et bleu sont allumées au maximum d intensité - couleur perçue noir = toutes les lumières des bâtonnets rouge, vert et bleu sont éteintes - pour les couleurs perçues gris = toutes les lumières des bâtonnets rouge, vert et bleu sont allumées avec une intensité qui diminue progressivement du blanc au noir en passant par toutes les nuances de gris. Tâche 2 1- Afficher l image du drapeau ci-contre sur l écran de l ordinateur 2- Pour la 2 e couleur (orange) du drapeau, prédire si la lumière des bâtonnets rouge, vert et bleu est allumée ou éteinte ET, pour les lumières qui sont allumées, si elles ont la même intensité ou, sinon, laquelle a une intensité réduite. 13
Réponse à établir Couleur perçue orange = seules les lumières des bâtonnets rouge et vert sont allumées, comme pour la couleur perçue jaune, mais l intensité de la lumière verte est réduite et la couleur tend vers le rouge. 4- Observer à la loupe la 1 e et la 3 e couleurs du drapeau dans le but de déterminer si elles sont bien du rouge et du jaune au sens du modèle trichromique RVB. Réponse à établir - la 1 e couleur n est pas du rouge, car la lumière verte n est pas complètement éteinte. - la 3 e couleur est bien du jaune, car les lumières rouge et verte ont la même intensité. 14