Chapitre I – Lumières colorées et couleurs des objets

I – La décomposition de la lumière blanche

1 – La lumière blanche

En physique, on appelle lumière blanche la lumière du jour, provenant du soleil, ainsi que la lumière des lampes blanches.

2. Mise en évidence du phénomène de décomposition:

On peut parfois voir apparaître de multiples couleurs sur un objet éclairé en lumière blanche.

Exemples : Arc-en-ciel, CD, bulles…

On dit que ces objets décomposent la lumière blanche.

3 – Expérience de décomposition de la lumière à l’aide d’un réseau

On utilise un réseau (feuille en matière plastique transparente qui comporte de nombreuses et fines rayures parallèles).

On éclaire un écran blanc avec la lumière blanche d’une lampe et on interpose une fente et le réseau entre la lampe et l’écran.

Observations :

Lorsque la lumière blanche traverse le réseau, on observe sur l’écran les principales couleurs de l’arc-en-ciel :

– violet,

–-indigo,

– bleu,

– vert,

– jaune,

– orangé,

– rouge

Interprétation :

Le réseau décompose la lumière blanche.

La lumière blanche est composée d’une infinité de lumières colorées .

L’ensemble de ces lumières (ou radiations) constitue le spectre de la lumière blanche.

II – Les filtres colorés

Les filtres sont des lames de verre ou de matière plastique transparentes et colorées.

Un filtre permet d’obtenir une lumière colorée à partir d’une lumière blanche.

Manipulation :
Plaçons successivement un filtre vert, rouge, bleu contre la source de lumière blanche et analysons cette lumière avec le réseau. Observons les spectres obtenus.

Observations :

Interprétation :

Un filtre coloré transmet la partie de la lumière qui correspond à sa couleur et absorbe les autres couleurs.

Ex: un filtre rouge ne laisse passer que la lumière rouge.

Conclusion :
Un filtre coloré permet d’obtenir une lumière colorée : éclairé en lumière blanche, il ne transmet qu’une lumière de sa propre couleur.

III – Addition de lumières colorées

Manipulations :

On utilise 3 sources de lumière blanche devant lesquelles on place respectivement un filtre bleu B, rouge R et vert V. On éclaire un écran blanc en faisant en sorte que les 3 faisceaux de lumière colorés se recouvrent partiellement.

Observations:

A l’endroit où les 3 faisceaux se superposent, l’écran est blanc.

On a réalisé la synthèse additive de la lumière blanche en superposant 3 lumières colorées :

Bleu + Vert + Rouge = Blanc

Ces 3 couleurs qui permettent par addition d’obtenir du blanc sont appelées couleurs primaires.

A l’endroit où 2 faisceaux seulement se superposent, on obtient de nouvelles couleurs :
Rouge + Bleu = Magenta
Vert + Bleu = Cyan
Vert + Rouge = Jaune

La superposition de deux lumières primaires donne une lumière de couleur secondaire : jaune, cyan ou magenta.

CONCLUSION :
En superposant des lumières colorées, on peut produire de nouvelles teintes de lumière. On réalise alors une synthèse additive.

Synthèse additive étendue :
On montre que l’aspect visuel de n’importe quelle couleur peut être obtenue par l’addition en proportions convenables des 3 couleurs dites primaires.

Applications : Principe de la télévision.

Examinons à la loupe l’image formée sur l’écran d’une télévision couleur.
Si l’image est nette on distingue des petites pastilles rouges, bleues et vertes.
L’écran est formé d’îlots (pixels) formés de 3 minuscules pastilles fluorescentes (les luminophores).
Sous l’impact des électrons émis par le tube cathodique, les luminophores s’illuminent de façon plus ou moins intense et émettent les unes de la lumière rouge, les autres de la lumière bleue……. L’addition de ces 3 lumières se fait dans l’œil et permet d’obtenir toutes les couleurs.

IV- Couleurs d’un objet éclairé par différentes lumières colorées

De quoi dépend la couleur d’un objet ?
Dépend-elle de la lumière qui l’éclaire ?

Expérience :
Plaçons des objets de couleur blanche, verte, rouge, bleue ou noire devant différentes lumières colorées.
Observons la couleur apparente de ces objets éclairés par ces lumières colorées.

Observations :

Interprétation :

Un objet noir apparaît toujours noir car il absorbe toutes les lumières.

Un objet blanc apparaît toujours de la couleur de la lumière qui l’éclaire car il diffuse toutes les lumières colorées.

Un objet coloré diffuse une lumière colorée correspondant à sa propre couleur et il absorbe les autres lumières.

Un objet jaune diffuse les lumières vertes et rouges et il absorbe la lumière bleue.

Conclusion :

La « couleur propre » d’un objet est celle qu’on lui attribue lorsqu’il est éclairée en lumière blanche.
La « couleur apparente » d’un objet dépend de la lumière colorée qui l’éclaire.