I) SYNTHESE ADDITIVE Couleurs I.1 Couleur spectrale et couleur perçue Lumière blanche et couleur spectrale Exp prof : décomposition de la lumière par un prisme (ou un réseau) Couleurs spectrales (exemples) I.2 Vision des couleurs Principe de la vision humaine L'arrière de notre rétine est tapissé de cellules sensibles à la lumière : les bâtonnets pour la vision en faible luminosité, et les cônes pour la vision colorée. Il existe trois types de cônes, chacun d'eux présentant une sensibilité optimale pour des parties différentes du spectre. Le cerveau traite les signaux envoyés par les cônes pour former une image colorée de notre environnement. Le daltonisme (voir annexe) Le daltonisme désigne une anomalie de la vision des couleurs due à la déficience d'un type de cône Le plus souvent, cette déficience touche les cônes sensibles au vert, et provoque une confusion entre les couleurs verte et rouge. Le chimiste et physicien J. Dalton (1766-1844) en était atteint. I.3 Principe de la synthèse additive Objectif : On veut obtenir une lumière blanche en superposant plusieurs couleurs. 1. Expérience du disque de Newton A l'aide d'un moteur on fait tourner un disque comportant plusieurs secteurs colorés. Qu'observe-t-on? 2. La synthèse trichrome Est-il possible d'obtenir de la lumière blanche avec un nombre plus limité de couleurs? Pour répondre à cette question réaliser l'expérience suivante : - placer un filtre coloré bleu, vert ou rouge devant trois sources lumineuses. 1
- éclairer un écran blanc en concentrant les trois faisceaux de telle sorte que les trois lumières se superposent. - qu'observe-t-on dans la zone de superposition des trois faisceaux? - qu'observe-t-on dans la zone de superposition de deux des faisceaux? - nommer les couleurs obtenues. - on classe les six couleurs observées en deux catégories : les couleurs primaires et les couleurs secondaires. - il existe trois couleurs primaires : une couleur est dite primaire si elle ne peut pas être obtenue en superposant les deux autres. Retrouver les trois couleurs primaires. - citer les trois couleurs secondaires. - déduire de l'ensemble de cette étude la définition de "synthèse trichrome". Citer des applications de cette synthèse. Lorsqu on superpose les trois lumières colorées (rouge, bleue et verte) de même intensité lumineuse, on obtient : bleu (470 nm) I.4. Les couleurs complémentaires Deux couleurs sont complémentaires si leur superposition donne du blanc I.5 Restitution d'une couleur sur un écran cyan (500 nm) magenta(400-450 nm) vert (530-550 nm) rouge (700-800 nm) jaune (~ 590 nm) Il est possible de produire un très grand nombre de couleurs par synthèse additive. Ce principe de restitution des couleurs, appelé procédé RVB (pour rouge, vert, bleu)(ou RGB), est exploité dans de nombreuses sources lumineuses comme les écrans plats à cristaux liquides ou plasma, les projecteurs, etc. Un écran plat est constitué d'un grand nombre de petits éléments de surface, les pixels, eux-mêmes constitués de sous-pixels rouge, vert et bleu. L'œil ne parvient pas à distinguer les trois sous-pixels d'un pixel donné : il perçoit la somme des trois faisceaux. Ecran LCD LCD signifie Liquid Crystal Display, c'est-à-dire en Français, écran à cristaux liquides. Un tel écran se compose de plusieurs couches. A l'arrière, plusieurs tubes fluorescents éclairent les cristaux liquides lesquels sont coincés entre deux filtres qui ne laissent passer la lumière que sur un certain angle. Ils sont dit : "polarisants". Les cristaux liquides quant à eux, jouent le rôle de stores. La quantité de lumière qu'ils laissent passer varie en fonction de la tension électrique qui leur est appliquée. En bout de course, des filtres colorés teintent la lumière sortante, de rouge, de vert ou de bleu, selon le sous-pixel. Lancer «1 couleurs_ecran.swf» puis Lancer «visiolab» 2
Expérience avec la lampe led RGB II ) SYNTHESE SOUSTRACTIVE 2.1 Principe de la synthèse soustractive Expérience1 : Spectre de la lumière traversant une solution colorée En utilisant le spectrophotomètre, réaliser le spectre de la lumière traversant : Une solution incolore Une solution bleue (colorant alimentaire) Une solution jaune (colorant alimentaire) Une solution verte (obtenue en mélangeant le colorant bleue et le colorant jaune) Observations : Conclusion : une solution bleue absorbe.. sauf Expérience2 : - Utiliser le diagramme précédent (I.4) pour déterminer les couleurs primaires que laisse passer un filtre de couleur secondaire éclairé en lumière blanche. - Disposer deux filtres de couleurs secondaires entre la source lumineuse l écran blanc. - noter les couleurs obtenues et interpréter le résultat à l'aide des conclusions précédentes. - Résumer l'ensemble de cette étude en traçant trois cercles de diamètre 6 cm avec une zone de superposition commune. - Repérer dans chaque domaine les couleurs correspondant à l'expérience. - On vient de réaliser une synthèse soustractive : la couleur de la lumière qui pénètre dans votre œil est le résultat de soustractions successives à la lumière blanche. - Compléter les schémas suivants en indiquant les couleurs des lumières transmises par les filtres ; en déduire les couleurs soustraites à la lumière blanche. Filtre jaune Filtre cyan Filtre magenta 3
2.2 Impression des couleurs Les substances colorées dans les encres ou les peintures (pigments) 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. C'est donc le principe de la synthèse soustractive qui est utilisé en peinture ou dans l'impression. Dans l'impression en quadrichromie est adjointe au cyan, magenta et jaune une quatrième encre, noire, qui sert à restituer les textes et à améliorer les contrastes: c'est le procédé CMJN du nom des quatre couleurs. Lancer «visiolab» III) COULEUR D'UN OBJET 3.1 Phénomènes physiques mis en jeu Lorsqu'un objet est éclairé par une lumière incidente, celle-ci peut être absorbée (phénomène d'absorption), réfléchie dans une direction particulière (réflexion spéculaire) ou réémise dans toutes les directions par l'objet (diffusion). La lumière peut également traverser l'objet (transmission) s'il n'est pas opaque. Ces phénomènes sont dépendants de la composition spectrale du rayonnement incident. Une feuille verte est opaque et ne transmet donc pas la lumière. Elle absorbe une partie du spectre visible et diffuse une autre partie du spectre. 3.2 Objet éclairé A l'aide de la source lumineuse blanche, éclairer des objets de différentes couleurs (blanc, noir, jaune, bleu, vert, rouge. Observer. Regrouper les résultats dans un tableau à double entrée : OBJET BLANC NOIR ROUGE JAUNE BLEU VERT LUMIERE BLANCHE JAUNE ROUGE BLEUE VERTE Recommencer l'expérience en interposant entre la source et l'objet un filtre coloré. Observer et compléter le tableau. De quel facteur dépend la couleur d'un objet? Pourquoi le noir n'est-il pas une couleur? Lancer «2 couleurs des objets.swf» 4
Annexe 1: 5
Les types d anomalies Annexe 2: Le daltonisme On classe le daltonisme selon les 3 types de cônes atteints et l importance du trouble visuel. Monochromatisme (achromate) C est l absence totale de perception des couleurs. Il est très rare, il touche une personne sur 40 000. Celui qui est atteint voit le monde en noir et blanc et des nuances de gris. Les cônes de cornée sont dépourvus des 3 pigments habituels qui permettent de voir les couleurs. L île de Ponape est connue car l achromatopsie y est commune : près d un douzième de la population en est affectée. Dichromate C est l absence du gène, donc du pigment. Cela se traduit par la perception de 2 couleurs seulement : Protanope : perception de vert et du bleu seulement, Deutéranope : perception du rouge et du bleu seulement, Tritanope : perception du rouge et du vert seulement. Trichromate anormal Dans ce cas, le gène est hybride donc le pigment a une sensibilité différente. Ceci se traduit par la perception des 3 couleurs d intensités anormales : Protanomal : besoin de rouge, Deutéranomal : besoin de vert, Tritanomal : besoin de bleu. Statistiques Types d anomalie Hommes(%) Femmes(%) Monochromatisme Très rare Très rare Dichromatisme - Protanopie - Deutéranopie - Tritanopie Trichromatisme - Protanomalie - Deutéranomalie - Tritanomalie 2,105 1,000 1,100 0,005 5,900 1,000 4,900 Très rare 0,043 0,020 0,010 0,003 0,400 0,020 0,380 Très rare TOTAL 8,005 0,443 6
Vision normale Deuteranopie (8% des hommes) Protanopie (1% des hommes) Tritanopie (proche de 0%) Attention: le fond blanc devrait normalement être également impacté par l'affection Vision normale Vision d un deutéranope Vision d un tritanope 7
Ici les pions couleurs originales Si l'on enlève le rouge (protanopie) Si l'on enlève le vert (deutéranopie) Si l'on enlève le bleu (trita La péniche sur le canal Vision normale Vision d un deutéranope Vision d un tritanope Pour une vision normale, les forêts sont vertes sur la première photo, et sur la deuxième photo elles sont marrons. http://www.opticien-lentilles.com/daltonien_beta/nouveau_test_daltonien.php http://daltoniens.fr/ 8
Annexe 3 :Spectrophotométrie Spectre liquide incolore spectre d absorption spectre d absorption spectre d absorption Colorant bleu colorant jaune colorant ( bleu + jaune) = vert 9