Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Chapitre 1 : Lumières et couleurs

1/ De quoi est composée la lumière blanche?

La lumière émise par le soleil ou par lampe à incandescence est appelée lumière blanche. Expérience historique de Newton : (refaite en classe)

Ainsi, Un prisme ou un réseau permettent de décomposer la lumière blanche en ses différentes couleurs. On obtient alors sur un écran le spectre de la lumière blanche. Qu’est-ce qu’un réseau ? C’est une feuille de plastique transparente contenant de nombreuses fentes parallèles. Qu’est-ce qu’un prisme ? C’est une pyramide en verre transparente à face triangulaire.

Pourquoi percevons-nous les couleurs ? La rétine de l’œil humain possède trois types de cônes :

- les cônes sensibles au bleu (CB) - les cônes sensibles au vert (CV) - les cônes sensibles au rouge (CR)

L’œil a une sensibilité maximale dans le jaune-vert. C’est pour cette raison que certains camions de pompiers américains et véhicules du Samu de l’Essone (91) ont été repeints dans cette teinte.

Décomposition de la lumière blanche par un prisme

Lumière blanche

C’est l’expérience cruciale de Newton : Il fit un petit trou dans le volet et laissa passer un petit faisceau de lumière blanche dans la maison. Sur son trajet, il plaça un prisme et vit la lumière blanche « se décomposer» en toutes les couleurs de l’arc-en ciel…Il montra que la lumière blanche était composée de toutes les couleurs.

400 500 600 700

λ (nm)

Sensibilité des cônes

0

50

100

CB

CV

CR

Réseau

Décomposition de la lumière blanche par un réseau

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Observe le spectre de la lumière du soleil (lumière blanche) avec un spectroscope (réseau + fente).

A retenir : La lumière blanche est composée d’une infinité de couleurs (couleurs de l’arc en ciel du violet au

rouge). Cette lumière est dite polychromatique car elle est composée de plusieurs couleurs ( monochromatique) : Autres phénomènes de décomposition de la lumière blanche :

2/ Comment produire des lumières colorées à partir de la lumière blanche ? Expérience du disque de Newton : En additionnant toutes les lumières colorées, on peut reproduire la lumière blanche. Pour produire une lumière colorée, on peut :

a/ Filtrer la lumière blanche avec des filtres colorés

b/ Additionner plusieurs lumières colorées pour synthétiser une nouvelle lumière colorée : C’est la synthèse additive

Soleil ou lampe à incandescence

Spectroscope Oeil Spectre

L’arc en ciel Ce sont les gouttes d’eau

qui jouent le rôle de

prisme

Le CD

La bulle de savon

Une flaque d’huile

Un rideau quadrillé

Rotation rapide

Rotation

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Etablissons le spectre de lumières colorées (obtenues avec un filtre) à partir du spectroscope :

Observation : Le rouge, le vert et le bleu ne sont pas décomposées : Elles ne peuvent pas être produites : ce sont les

couleurs primaires lumières. Le magenta, le jaune et le cyan sont synthétisées à partir de rouge, vert et bleu : ce sont les couleurs

secondaires lumières. Rôle d’un filtre coloré ? Il laisse passer sa lumière colorée et absorbe toutes les autres lumières.

Soleil ou lampe à incandescence

Spectroscope Oeil Filtre bleu

Soleil ou lampe à incandescence

Spectroscope Oeil Filtre rouge

Soleil ou lampe à incandescence

Spectroscope Oeil Filtre vert

Soleil ou lampe à incandescence Spectroscope Oeil Filtre

jaune

Soleil ou lampe à incandescence

Spectroscope Oeil Filtre magenta

Soleil ou lampe à incandescence Spectroscope Oeil Filtre

cyan

Spectre

Spectre

Spectre

Spectre

Spectre

Spectre

Un filtre rouge laisse passer le rouge et absorbe le vert et le bleu. Un filtre bleu laisse passer le bleu et absorbe le rouge et le vert. Un filtre vert laisse passer le vert et absorbe le rouge et le bleu

Un filtre magenta laisse passer le bleu et le rouge et absorbe le vert. Un filtre jaune laisse passer le rouge et le vert et absorbe le bleu. Un filtre cyan laisse passer le vert et le bleu et absorbe le rouge.

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Rouge + bleu = Magenta Rouge + vert = Jaune Vert + Bleu = Cyan Rouge + Vert+ Bleu = Blanc

Bilan de la synthèse additive : C’est le physicien Thomas Young (1773-1829) qui

démontra que l’on pouvait recomposer la lumière blanche à

partir des 3 couleurs appelées couleurs primaires lumières :

Rouge, vert et bleu.

La synthèse additive consiste à combiner la lumière de

plusieurs sources émettrices afin d’obtenir une nouvelle

couleur.

Bleu + Rouge = magenta Bleu + vert = cyan Rouge + vert = jaune Vert + Bleu + Rouge = blanc

Positionne les filtres colorés V, R et B sur la lampe. Réalise la synthèse additive de lumières colorées en les additionnant :

- D’abord 2 à 2. - Les 3 ensembles.

Complète le tableau récapitulatif.

ECRAN

BLEU

VERT

R O U G E

=

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre bleu

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre rouge

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre vert

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre magenta

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre cyan

Source de lumière blanche (soleil, lampe à incandescence)

Filtre jaune

R

R

R

V V

V

B

B

B

Couleurs

secondaires

lumières

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Application : Principe de fonctionnement de l’écran de TV ou d’ordinateur :

Application n°1 : Complète les synthèses additives suivantes.

Application n°2 : Dessine les rayons lumineux colorés et donne la couleur en sortie.

Application n°3 : Propose une explication à cette situation

Principe des écrans de télévision

ROUGE + VERT = JAUNE BLEU + ROUGE = MAGENTA VERT + BLEU = CYAN ROUGE + VERT + BLEU = BLANC

CYAN + ROUGE = BLANC JAUNE + BLEU = BLANC MAGENTA + VERT = BLANC

La télévision à tube cathodique a un écran composé de plusieurs lignes qui sont elles-mêmes composées de points appelés « pixels » (sur un écran de 55 cm, il y a environ 1 million) En observant au microscope ces pixels, on se rend compte qu'ils sont constitués de trois bandes colorées ou pastilles suivant le type d'écran. Ces bandes colorées appelées luminophores émettent chacune une lumière colorée soit rouge, verte ou bleue et permettent d’obtenir par combinaison toutes les couleurs. L'ensemble de ces millions de points (pixels) à la surface de l'écran fait apparaître une image. La télévision LED a des pixels composés de 3 DEL (vertes, rouges, bleues) Quelques dates : Premier écran couleur : 1938 Première diffusion de la télévision en couleur en France : 1967 L’addition de deux couleurs primaires lumières à intensité égale forme une couleur secondaire lumière.

1/ On envoie de la lumière blanche sur un filtre vert, suivi

d’un filtre rouge.

V R

1/ On envoie de la lumière blanche sur un filtre jaune, suivi

d’un filtre cyan.

J C

Noir (pas de lumière)

Noir (pas de

lumière)

vert

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Application n°4 : Propose une solution

3/ La couleur d'un objet

On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte puis bleue sur un objet blanc.

Conclusion : Un objet blanc (R, V, B) diffuse toutes les lumières colorées. Il a la couleur de l’éclairage coloré.

On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte sur un objet noir.

Conclusion : Un objet noir (pas de couleur) absorbe toutes les lumières colorées et ne diffuse aucune couleur. Il est toujours noir.

Blanc Blanc Blanc Blanc

Obs : l’objet est perçu blanc.

B V R blanche

Obs : l’objet est perçu rouge

Obs : l’objet est perçu vert

Obs : l’objet est perçu bleu

Obs : l’objet est perçu NOIR

B V R blanche

Obs : l’objet est perçu NOIR

Obs : l’objet est perçu NOIR

Obs : l’objet est perçu NOIR

noir noir noir noir

Un éclaireur doit mettre un

filtre rouge et l’autre

éclaireur doit mettre un

filtre vert

Rouge + vert = jaune

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte puis JAUNE sur une tomate rouge.

Conclusion : Un objet coloré diffuse la lumière correspondant à sa couleur et absorbe toutes les autres lumières colorées.

On envoie de la lumière blanche (R, V, B), puis rouge, puis verte puis bleue sur une citron jaune.

Conclusion : Un objet coloré diffuse la lumière correspondant à sa couleur et absorbe toutes les autres lumières colorées.

Conclusion : La couleur d’un objet dépend de la lumière qui l’éclaire. Cet objet peut : - Absorber la lumière - Diffuser (refléter) la lumière Un objet coloré diffuse « sa couleur » et absorbe « toutes les autres couleurs ». (par couleur, on entend lumière colorée)

Un objet blanc est un objet qui diffuse toutes les lumières colorées. Il n’absorbe rien. Un objet noir est un objet qui ne diffuse aucune couleur : il absorbe toutes les lumières colorées.

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage blanc

J V R blanche

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage rouge

Obs : l’objet est perçu noir avec un éclairage vert

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage jaune

Obs : l’objet est perçu jaune avec un éclairage blanc

B V R blanche

Obs : l’objet est perçu rouge avec un éclairage rouge

Obs : l’objet est perçu vert avec un éclairage vert

Obs : l’objet est perçu noir avec un éclairage bleu

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Application n°1 :

Application n°2 :

Application n°3 :

Application n°4 : Vrai ou faux ?

a) Un objet bleu absorbe la lumière jaune……………………………………………………… :V

b) En mélangeant une lumière rouge et une bleue on obtient une lumière verte………………. : F

c) Un filtre vert absorbe la lumière bleue et rouge…………………………………………….. :V

d) Un schtroumpf bleu éclairé en lumière bleue apparaît noir…………………………………..:F

e) Un schtroumpf bleu éclairé en lumière verte apparaît noir…………………………………..: V Exercices : N 2, 4 p 153 N 9, 10 p 154 N 15 16 p 155 18 et 19 p 156

1/ Quelle est la couleur d’une pomme verte éclairée avec la lumière rouge ? Noire 2/ Quelle est la couleur d’une pomme verte éclairée avec la lumière magenta ? noire 3/ Quelle est la couleur d’une pomme verte éclairée avec la lumière jaune ? verte

Quelle est la couleur du drapeau de la France éclairé en lumière : verte ? Noir – vert - noir blanche ? Bleu – blanc - rouge Jaune ? Noir – jaune – rouge (drapeau de la Belgique) bleue ? Bleu – Bleu - noir

Pourquoi ces voitures apparaissent-elles seulement noires ou jaune ? Aucune voiture n’est de couleur verte ou rouge. (PS : L’éclairage d’une ville se fait avec une lumière jaune (sodium).

Les voitures sont de couleurs blanches ou bleues.