La couleur des objets


1.  La lumière blanche

1.1  Décomposition de la lumière émise par un laser

Expérience 1 (professeur): Eclairer un prisme avec un laser
La lumière émise par la laser ne forme qu’une tache de couleur rouge ; elle est « monochromatique » ( = "radiation") 
   

1.2 Décomposition de la lumière blanche

Expérience 2 (élève): Eclairer un prisme avec un pinceau de lumière blanche issue d’une lampe à incandescence. Après sa sortie du prisme, recueillir la lumière transmise sur un écran blanc.



Sur l’écran on obtient un spectre continu (c’est-à-dire une succession continue de rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet) ; la lumière blanche est polychromatique


Dans la vie quotidienne, on peut observer naturellement ce spectre de la lumière blanche.Citer quelques exemples :

arc en ciel
Reflets sur un CD

1.3 Recomposition de la lumière blanche

a) A l’aide du disque de Newton

Expérience 3 ( professeur) : ou voir animation
Mettre un disque de Newton en rotation rapide.

Qu'observe-t-on?

Le disque nous apparaît blanc-gris.

Conclusion :

En rotation rapide, les couleurs disque « se mélangent » pour donner du blanc, on dit qu’elles se recomposent.

b) A l’aide d’une lentille

Expérience 4 prof :
Placer une lentille derrière le spectre. 

Qu'observe-t-on?

Sur l'écran, on observe une tache blanche.

Conclusion :

La lentille « remélange » les couleurs pour donner du blanc.


1.4 Conclusion sur la lumière blanche

La lumière blanche est la superposition d’une multitude de couleurs allant du violet au rouge : chaque couleur correspond à une lumière  monochromatique (= radiation) caractérisée par une longueur d’onde λ

Les longueurs d’onde de la lumière du visible sont comprises entre 400 et 800 nm.


2. Comment obtenir une lumière colorée ?

2.1 Raie monochromatique

Chaque raie monochromatique (= radiation) est une lumière colorée
Mais il est rare que l’on dispose d’une source monochromatique.

2.2 Couleurs complémentaires

Expérience 5 prof
A partir de l’expérience 4, on place un cache sur la partie rouge du spectre. La tache sur l’écran devient cyan (bleu turquoise).
Cela signifie que les lumières du spectre de la lumière blanche (sauf le rouge) en se combinant forment une lumière de couleur cyan
Le cyan est le complémentaire du rouge.
Recommencer avec une autre couleur…

Compléter le tableau suivant:

Couleurs Bleu vert rouge
Couleurs complémentaires jaune magenta cyan


Lumière d’une couleur
+
lumière de la couleur complémentaire
=
lumière blanche

On obtient la rose ci-dessous où 2 couleurs diamétralement opposées sont complémentaires 


Couleurs primaires (pour le physicien...): rouge, vert, bleu
Couleurs secondaires : jaune, magenta, cyan

2.3 Filtres

Un filtre est un objet transparent : la lumière le traverse.

Expérience 6 élève:
Recommencer l’expérience 2.
Devant le faisceau de la lanterne, placer un filtre rouge.

Quelle est la couleur de la lumière après avoir traversé le filtre ?

La lumière est rouge

Qu’observez-vous pour le spectre ?

Il n’y a plus de vert, ni de bleu, ni de violet…


Recommencer avec un filtre bleu…

Quelle est la couleur de la lumière après avoir traversé le filtre ?

La lumière est bleue

Qu’observez-vous pour le spectre ?

Il n’y a plus d'orange ni de jaune…


Un filtre ne laisse passer que la lumière correspondante à la couleur du filtre. Il absorbe les autres couleurs.


2.4 Synthèse additive des lumières colorées

On superpose des lumières colorées : voir animation

                               


Applications :

* Eclairage de scène: animation

* Ecran de TV :
Expérience 7 élève:
A l’aide d’une loupe, OBSERVER l’écran de la télévision allumée sur une image de préférence fixe. Que voit-on avec la loupe (ou de très près):

sur des zones BLEUES de l’image?

des taches bleues et des taches noires

sur des zones ROUGES de l’image?

des taches rouges et des taches noires

sur des zones VERTES de l’image? 

des taches vertes et des taches noires

sur des zones JAUNES de l’image? 

des taches vertes,  des taches rouges et des taches noires

sur des zones BLANCHES de l’image? 

des taches vertes,  des taches rouges et des taches bleues 

sur des zones NOIRES de l’image? 

des taches noires

Conclusion: l'écran de TV est formé de points lumineux ( appelés luminophores). Chacun de ces luminophores est formé par la juxtaposition de 3 rectangles rouge, vert et bleu. Ces rectangles sont plus ou moins éclairés selon la couleur que l'on doit émettre. 
voir animation

* Peinture impressioniste et surtout "pointilliste" :
( Seurat : "la bouée rouge" musée d'Orsay)
                       
(Le terme Néo-impressionnisme fait référence à une technique picturale qui consiste pour le peintre à ne pas mélanger ses couleurs pures sur sa palette ou directement sur le tableau, mais à les juxtaposer sous forme de petites touches. Le mélange des couleurs s'effectue alors, à distance, en un "mélange optique" dans l'oeil du spectateur. (musée d'Orsay)


3.Synthèse soustractive

On prend une lumière blanche…on retire certaines couleurs

3.1 Avec des objets transparents

Expérience 8 élèves : ( suite de l’expérience 6)
Placer devant la lumière de la lanterne, un filtre rouge et un filtre bleu .

Quelle est la couleur de la lumière finale ? Qu’observe-t-on sur le spectre ?

Pas de couleur car pratiquement aucune lumière ne ressort

Animation  

On a soustrait à la lumière certaines radiations : c’est bien la synthèse soustractive.

Application ( qui date un peu….):diapositive
En photographie couleur, les trois couleurs de base sont le bleu, le vert et le rouge, comme en télévision.
Une pellicule couleur (diapo) comporte trois couches superposées sensibles à chacune d'elles et qui sont impressionnées lors de la prise de vue. Le développement fait apparaître les teintes complémentaires (bleu → jaune; vert → magenta; rouge → cyan). Au tirage, chaque couche joue un rôle de filtre et les couleurs initiales réapparaissent; c'est une synthèse soustractive qui est réalisée à ce stade.
Animation

3.2 Avec des objets opaques

Les pigments utilisés dans les peintures, teintures…absorbent une partie de la lumière qui les éclaire et réfléchissent le reste…

Exemple: On éclaire en lumière blanche un objet peint en vert….il renvoie le vert et absorbe le complémentaire du vert (magenta)   animation  
De même un pigment rouge renvoie le rouge et absorbe le complémentaire du rouge (cyan).

Quand on mélange des peintures…La lumière blanche qui frappe la peinture est, pour simplifier, un mélange de lumière rouge, verte et bleue. La peinture cyan absorbe la lumière rouge et renvoie les lumières bleues et vertes. La peinture jaune absorbe la lumière bleue et renvoie les lumières rouges et vertes. En mélangeant ces deux peintures, seule la lumière verte sera alors diffusée par la peinture, celle-ci sera alors verte.
autres  animations:   1   2

Application: imprimerie
On veut imprimer cette image : ( d'après Wikipédia )


On fait 4 passages successifs avec une encre cyan, magenta, jaune et noire.


4. Couleur des objets

Expérience 9 élève: choisir un objet  et l’éclairer avec différentes lumières

Couleur de la lumière Blanche Bleu Rouge Vert
Couleur de l’objet

Interprétation : (pour un objet rouge)
Eclairé en lumière bleue ou verte, l’objet paraît noir : il absorbe donc le bleu et le vert
Eclairé en lumière rouge, l’objet paraît rouge : il diffuse donc le rouge.

En lumière blanche, l’objet paraît rouge : il diffuse  le rouge et absorbe les autres couleurs qui forment le cyan (complémentaire du rouge).

Conclusion:

La couleur d'un objet dépend de l'objet lui-même
La couleur d’un objet dépend de la couleur de la lumière qui l’éclaire

Un corps blanc  renvoie toute la lumière qu’il reçoit.
Un corps noir absorbe pratiquement toutes les radiations qu’il reçoit. (le noir n’est donc pas une couleur mais une absence de couleur !)



Questions :

Pourquoi un citron est-il jaune ?

Lorsqu’il est éclairé en lumière blanche, il absorbe le bleu et renvoie le reste c’est-à-dire un mélange de vert et de rouge donc du jaune.

Quelle est la couleur prise par le citron si on l’éclaire en lumière jaune ?

La lumière jaune est un mélange de lumière verte et de lumière rouge qui sont renvoyées par le citron....Le citron apparaîtra jaune.

Quelle est la couleur prise par le citron si on l’éclaire en lumière bleue ?

Le citron apparaîtra noir car il absorbe le bleu.


Pourquoi un coquelicot est-il rouge ?

Lorsqu’il est éclairé en lumière blanche, il absorbe le bleu et le vert et renvoie le reste donc le rouge.

Quelle est la couleur d’un coquelicot si on l’éclaire en lumière rouge ?

Le coquelicot apparaîtra rouge car il renvoie le rouge.

Quelle est la couleur d’un coquelicot si on l’éclaire en lumière bleue ?

Le coquelicot apparaîtra noir car il absorbe le bleu.

Eclairé en lumière blanche, on lit POUDRE
Eclairé en lumière verte, on lit PUR (en noir!) ....les lettres vertes ne se distinguent pas du blanc et le magenta absorbe la lumière verte...




Eclairé en lumière blanche, on lit CLOITREE
Eclairé en lumière bleue, on lit COTE ....les lettres bleues ne se distinguent pas du blanc et le rouge absorbe la lumière bleue...
Eclairé en lumière rouge, on lit LIRE....les lettres rouges ne se distinguent pas du blanc et le bleu absorbe la lumière rouge...