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Leçon n° 4 : COULEUR DES OBJETS

 

Cette leçon comporte quatre paragraphes.

 

1- LES BATONNETS ET LES CONES DE LA RETINE HUMAINE

Les bâtonnets et les cônes sont des cellules transformant l'énergie lumineuses en énergie électrique transmise au cerveau par le nerf optique.


1-1 Les bâtonnets.

La rétine humaine est recouverte de 120 millions de bâtonnets servant à la vision lorsque la luminosité ambiante est faible (vision nocturne). Ils sont insensibles à la couleur.


1-2 Les cônes

Les cônes, utilisés en vision diurne, permettent, eux, de percevoir et de distinguer une infinité de couleurs différentes. Ils sont de 3 types.

- Les cônes sensibles à la lumière ROUGE.

- Les cônes sensibles à la lumière VERTE

- Les cônes sensibles à la lumière BLEUE.

 

2- LA SYNTHESE ADDITIVE


2-1 Rappels

La lumière blanche émise par le soleil ou par une lampe à incandescence peut être analysée par un prisme ou par un réseau.

Sur l'écran on observe un spectre continu.

Dans le domaine visible, ce spectre s'étale du violet (longueur d'onde l v = 400 nm) jusqu'au rouge (longueur d'onde l r = 800 nm) :

Remarque :

En fait, le spectre de la lumière visible fait partie du spectre électromagnétique beaucoup plus vaste s'étendant du rayonnement gamma (longueur d'onde pouvant descendre en dessous 10 - 13 m) jusqu'au rayonnement hertzien (longueur d'onde pouvant dépasser 10 4 m).

2-2 Synthèse additive

Un écran qui diffuse parfaitement toutes les couleurs de longueur d'onde comprises entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge) apparait blanc quand on l'éclaire avec la lumière solaire.

Bleu, vert et rouge sont les 3 couleurs primaires de la synthèse additive. On parle de trichromie.

Si on éclaire l'écran précédent avec seulement 3 sources lumineuses envoyant ces 3 couleurs primaires l'il humain voit un écran blanc. C'est le cerveau humain qui réagit comme s'il recevait toutes les couleurs spectrales et voit du blanc.

Eclairons maintenant l'écran avec seulement 2 couleurs primaires :

- L'addition du Rouge et du Vert donne du Jaune. Ce Jaune, couleur secondaire de la synthèse additive, est dit couleur complémentaire du Bleu.

- L'addition du Vert et du Bleu donne du Cyan. Ce Cyan, couleur secondaire de la synthèse additive, est dit couleur complémentaire du Rouge.

- L'addition du Bleu et du Rouge donne du Magenta. Ce Magenta, couleur secondaire de la synthèse additive, est dit couleur complémentaire du Vert.

 

Aide mémoire : On peut retenir RVB et JCM.

Remarque 1 : Le mélange de 2 couleurs primaires (R, V, B) est une couleur secondaire. Le Jaune (Rouge + Vert), le Cyan (Vert + Bleu) et le Magenta (Bleu + Rouge) sont donc des couleurs secondaires.

Remarque 2 : L'addition du Jaune, du Cyan et du Magenta redonne l'impression du Blanc

Remarque 3 : Il y a une différence physique importante entre le Jaune perçu ci-dessus (par synthèse additive du Rouge et du Vert) et le jaune spectral (580 nm) extrait du spectre ci-dessus. Cependant ces 2 phénomènes stimulent les cellules de l'il et du cerveau de façon semblable et on ne perçoit pas la différence.

Remarque 4 : Une couleur tertiaire est une couleur obtenue par le mélange à parts égales d'une couleur primaire et d'une couleur secondaire.

Remarque 5 : Le daltonisme est une anomalie de la vision des couleurs. Un ou plusieurs des 3 types de cônes sensibles au rouge, vert et bleu (trichromie) sont déficients. Souvent néanmoins les daltoniens peuvent mener une vie quasi normale contrairement aux aveugles.

 
2-3 Restitution des couleurs par un écran plat

Des textes colorés ou des images colorées sont émis par les écrans plats des ordinateurs, des téléphones portables, des téléviseurs, etc.

Un écran émettant de la lumière colorée peut être décomposé en pixels (élément d'image de l'anglais "picture element"). Chaque pixel est un mini rectangle ou carré de quelques dixièmes de mm. Chaque pixel est constitué de 3 sous-pixels qui dans le procédé "RVB" émettent du Rouge, du Vert et du Bleu avec une intensité variable d'un pixel à l'autre. Pour l'oeil chaque pixel émet donc par synthèse additive une couleur. Une image donnée par un ordinateur peut contenir plusieurs dizaines de mégapixels.

 

3- LA SYNTHESE SOUSTRACTIVE


Un faisceau de lumière d'une lampe à incandescence donne une tache blanche sur un écran qui diffuse parfaitement toutes les lumières du spectre visible.

Pour la synthèse soustractive les couleurs primaires sont le jaune, le cyan et le magenta.

Expériences :

Entre la lampe envoyant la lumière blanche (toutes les radiations sont présentes) on place un filtre dit jaune qui laisse donc passer le jaune. En trichromie il laisse donc passer le rouge et le vert mais ce filtre absorbe le bleu. Le bleu est la couleur complémentaire du jaune.

Entre la lampe envoyant la lumière blanche (toutes les radiations sont présentes) on place un filtre dit cyan qui laisse donc passer le cyan. En trichromie il laisse donc passer le vert et le bleu mais ce filtre absorbe le rouge. Le rouge est la couleur complémentaire du cyan.

Entre la lampe envoyant la lumière blanche (toutes les radiations sont présentes) on place un filtre dit magenta qui laisse donc passer le magenta. En trichromie il laisse donc passe le bleu et le rouge mais ce filtre absorbe le vert. Le vert est la couleur complémentaire du magenta.

 

Le filtre jaune éclairé en lumière blanche laisse passer le jaune (rouge + vert) et absorbe le bleu.

Le filtre cyan éclairé en lumière blanche laisse passer le cyan (vert + bleu) et absorbe le rouge.

Le filtre magenta éclairé en lumière blanche laisse passer le magenta (bleu et rouge) et absorbe le vert.

Plaçons maintenant 2 filtres successifs, un jaune et un cyan. Seul le vert est transmis

Plaçons maintenant 2 filtres successifs, un cyan et un magenta. Seul le bleu est transmis.

Plaçons maintenant 2 filtres successifs, un magenta et un jaune. Seul le rouge est transmis.

Plaçons maintenant 3 filtres successifs, un jaune, un cyan et un magenta. Plus rien n'est transmis. Tout est absorbé et l'écran reste noir.

Remarque : Souvent une imprimante à jet d'encre n'utilise que 3 types de cartouches : jaune, cyan et magenta (JCM). Les substances utilisées agissent comme des filtres.

Pour restituer le texte habituel on ajoute une 4° encre : l'encre noire. Aide mémoire : JCMN.

 

4- COULEURS DES OBJETS


4-1 Absorption, diffusion, réflexion, transmission de la lumière par un objet éclairé

- Eclairé par de la lumière blanche un tableau noir absorbe toutes les radiations du spectre visible. Il transforme l'énergie lumineuse en énergie calorifique.

- Eclairé par de la lumière blanche un plafond récemment peint diffuse toutes les radiations du spectre visible et paraît blanc à l'il d'un observateur.

- Recevant un mince faisceau (rayon) de lumière laser (rouge) un miroir réfléchit ce rayon en obéissant aux lois de 2 Descartes pour la réflexion.

- Recevant la lumière solaire la vitre d'une fenêtre en verre transparent peut transmettre cette lumière à l'intérieur de la pièce.

- Un prisme dévie un mince pinceau de lumière monochromatique. Il ya a 2 réfractions successives obéissant aux 2 lois de Descartes.

- Ce prisme dévie et décompose un mince pinceau de lumière blanche en lumières colorées du rouge au violet. C'est le phénomène de dispersion.


4-2 Couleur d'un objet éclairé

Eclairés par la même lumière blanche un plafond est blanc, une tomate est rouge car elle ne diffuse que les grandes longueurs d'onde rouge et absorbe les radiations de 400 à 600 nm.

Eclairé en lumière bleue le plafond diffusera cette radiation dans la pièce et apparaitra bleu.

Eclairée avec la même lumière bleue la tomate paraitra sombre, quasi noire, car elle absorbe le bleu et ne diffusera pas de radiation.

Remarque : La couleur d'un objet éclairé en lumière blanche et les couleurs des radiations qu'il absorbe sont complémentaires. Rappelons que 2 ensembles de radiations distinctes sont complémentaires si leur superposition donne le spectre de la lumière blanche.

 

A VOIR :

Exercice 4-A : Connaissances du cours n° 4.

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