Lumières colorées
Couleurs des objets
I.
Qu’est ce que la lumière blanche ?
A. Décomposition de la lumière blanche.
1) A l’aide d’un prisme.
Expériences:
Eclairer un prisme avec un laser puis 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.
Observations :
Un prisme dévie la lumière.
Avec le laser, on observe sur l’écran une tache lumineuse rouge.
Avec la lumière blanche, on observe sur l’écran un spectre continu, c’est-à-dire une succession continue des sept principales couleurs de l’arc-en-ciel (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet)
2) A l’aide d’un réseau.
Qu’est-ce qu’un réseau ?
Utilisation du rétroprojecteur.
Expériences:
Eclairer un réseau avec un pinceau de lumière blanche issue d’une lampe à incandescence. Après sa sortie du réseau, recueillir la lumière transmise sur un écran blanc.
Observations :
On observe cette fois plusieurs spectres, répartis de part et d’autre de la tache centrale :
Remarque : ce phénomène est observable dans d’autres circonstances (arc en ciel, CD, flaque d’huile, etc.)
3) Conclusion.
Un prisme ou un réseau permettent la dispersion (décomposition) de la lumière.
La lumière du laser n’est pas décomposable, c’est une lumière monochromatique c’est-à-dire composée d’une seule couleur : le rouge.
La lumière blanche est décomposable, c’est une lumière polychromatique c’est-à-dire composée de plusieurs couleurs.
Chaque lumière monochromatique (c’est à dire chaque couleur) est caractérisée par une longueur d’onde notée qui s’exprime en mètres (m).
L’œil humain n’est sensible qu’aux longueurs d’onde comprises entre 400 et 800 nm (1 nm = 10-9 m).
En deçà de 400 nm sont présents les ultraviolets (UV), au delà de 800 nm l’infrarouge (IR).
B.
Recomposition de la lumière.
Peut-on à partir
des différentes lumières monochromatiques reconstituer
la lumière blanche ?
Expérience:
Mettre un disque de Newton en rotation rapide.
Observations :
Le disque nous apparaît blanc-gris.
Quelle propriété de l’œil est responsable de cette observation ?
Conclusion :
En rotation rapide, les couleurs du disque « se mélangent » pour donner du blanc, on dit qu’elles se recomposent.
II.
Obtenir des lumières colorées.
Toujours avoir en tête que parmi l’infinité de longueurs d’onde présente dans la lumière blanche, trois sont très privilégiées : la rouge, la verte et la bleue. (correspondantes aux trois types de cônes qui tapissent la rétine).
A.
La synthèse additive.
1)
Les couleurs primaires et secondaires.
Dans la synthèse additive, l’objet lumineux est une source de lumière primaire (ex : télévision).
On obtient alors toutes les couleurs que l’on veut en mélangeant en plus ou moins grande quantité les trois couleurs additives primaires : bleu, rouge, vert.
Expérience :
Superposer les faisceaux lumineux de couleurs primaires.
Observations :
A chaque fois que l’on mélange deux couleurs primaires, une troisième couleur apparaît.
Ces couleurs sont appelées couleurs secondaires.
2) Les couleurs complémentaires.
Expérience :
On superpose les faisceaux lumineux de couleurs primaires aux faisceaux lumineux de couleurs complémentaires.
Couleur primaire Couleur
complémentaire bleu rouge vert
Observations :
La superposition de ces faisceaux lumineux colorés donne du blanc.
Conclusion :
Deux couleurs sont dites complémentaires lorsque leur superposition donne le blanc.
3)
Résumé.
On peut retenir tout ceci sous la
forme :
B. La synthèse soustractive.
Dans la synthèse soustractive, l’objet lumineux est une source de lumière secondaire (ex : ce procédé est utilisé en peinture, en photographie et en imprimerie).
Cet objet est éclairé en lumière blanche et il absorbe un certain nombre de couleurs (d’où le terme de soustraction) pour ne diffuser que les autres.
On obtient alors toutes les couleurs que l’on veut en mélangeant en plus ou moins grande quantité les trois couleurs soustractives primaires : jaune, magenta et cyan.
On se servira d’un rétroprojecteur comme source de lumière blanche. Le réseau est posé sur la lentille et un carton percé d’une fente rectangulaire est posé sur la plaque de verre.
Recouvrir la moitié de la fente à l’aide d’un filtre coloré.
Observations:
On peut retenir tout ceci sous la forme :
C. Couleur des objets.
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.
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.
C’est la lumière renvoyée par un objet qui est responsable de sa couleur.
Quelle est la couleur prise par le citron si on l’éclaire en lumière bleue ?
Le citron apparaîtra noir car il absorbe le bleu.
La couleur d’un objet dépend de la couleur de la lumière qui l’éclaire.
Exercice :
Lorsqu’on éclaire le drapeau français avec une lumière blanche, les colorants bleu et rouge absorbent certaines couleurs et renvoient leur propre couleur. Quelles sont les couleurs absorbées par le colorant bleu ? Par le colorant rouge ?
Si on éclaire ce drapeau par une lumière bleue (ne contenant que la radiation bleue) quel va être son aspect ?
Et si on l’éclaire par une lumière jaune (contenant les radiations rouge et verte) ?
Et si on l’éclaire par une lumière verte (ne contenant que la radiation verte ) ?
Conclusion :
La couleur d’un corps correspond à la composition de la lumière diffusée par le corps.
Un corps blanc diffuse toutes les radiations de la lumière qu’il reçoit.
Un corps noir absorbe pratiquement toutes les radiations qu’il reçoit.
Objectifs : Déviation des rayons optiques par un prisme. Domaine spectral de la lumière blanche, IR et UV. Radiations monochromatiques. Synthèse soustractive. Couleur des objets. Couleurs complémentaires.
b) A l’aide de deux prismes
Expériences (professeur) :Eclairer deux prismes avec un pinceau de lumière blanche issue d’une lampe à incandescence. Après sa sortie du deuxième prisme, recueillir la lumière transmise sur un écran.
Au bureau, utilisation du matériel nécessaire pour la décomposition de la lumière par un prisme en intercalant cette fois, entre le prisme et l’écran, une lentille convergente. (voir figures ci-jointes). A partir du premier montage, éloigner l’objectif de la fente, pour former l’image de celle-ci beaucoup plus près au centre de la dernière lentille. Le spectre s’y trouve alors . Cette lentille forme l’image de la face d’entrée du prisme sur l’écran.
