Couleur des objets

Spectre d’une lumière

Spectre de couleur d’une lumière

• Un spectroscope, composé de prismes, dévie différemment les différentes radiations de la lumière en fonction de leur longueur d’onde car l’indice de réfraction d’un milieu transparent homogène est différent pour chacune de ces radiations.

Spectre de la lumière blanche

• Le spectre de la lumière blanche est composé de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel ;
• Le spectre est continu : toutes les radiations sont présentes entre le rouge et le violet ;

Spectre de la lumière d’un laser hélium-néon

• La lumière produite par un laser hélium-néon est constituée d’une seule radiation de longueur d’onde $\pu{632 nm}$. Cette lumière est rouge.
• Le spectre est un spectre de raies : une ou plusieurs raies colorées se détachent sur un fond sombre.

Spectre du magnésium

• La lumière émise par du magnésium est constituée de nombreuses radiations dont les raies s’étalent sur tout l’intervalle du visible. Cette lumière est blanche.
• Le spectre est un spectre de raies.

Distribution spectrale de la lumière

• Connaître les radiations qui composent une lumière est insuffisant ; il est aussi nécessaire de déterminer l’intensité de chacune de ces radiations. On utilise dans ce but un spectrophotomètre.
• Une distribution spectrale est un diagramme représentant l’intensité lumineuse en fonction de la fréquence ou de la longueur d’onde des radiations composant la lumière

Couleur perçue et couleur spectrale

Couleur perçue

• Les deux distributions spectrales sont issues de l’analyse de des lumières émises par le Soleil et par une LED.
• Ces deux lumières sont perçues comme pratiquement identiques, elles laissent la même impression aux personnes qu’elles éclairent.

Couleur spectrale

• Animation pour illustrer la notion de couleur perçue

Synthèse additive des couleurs

Pourquoi perçoit-on des couleurs autres que le rouge, le vert et le bleu ?

• Lorsqu’un cône reçoit de la lumière il produit un signal électrochimique en rapport avec la quantité de lumière absorbée.
• Comme chaque cône est sensible à un large intervalle de longueurs d’ondes qui se chevauchent, toute lumière, même monochromatique, peut exciter plusieurs cônes.

Exemple

Le spectre de gauche est celui d’une lumière polychromatique, formée d’une radiation «  rouge » et d’une radiation «  bleu ». Le spectre de droite est celui d’une lumière monochromatique, formée d’une radiation «  jaune ». Ces deux lumières génèrent la même sensation au niveau du cerveau.

• Spectre à gauche :
  • S : très peu stimulé (juste par V) ;
  • M : très stimulé (V et un peu R) ;
  • L : très stimulé (V et dans moindre mesure R).
• Spectre à droite :
  • S : très très peu stimulé ;
  • M : très stimulé ;
  • L : très stimulé (V et dans moindre mesure R).

Couleurs primaires, couleurs secondaires

• L’expérience montre qu’on peut reconstituer toutes les couleurs que l’œil peut percevoir grâce à un mélange de trois couleurs primaires, dans diverses proportions.
• Pour diverses raisons, les trois couleurs primaires choisies pour cette synthèse sont : rouge (R), vert (V) et bleu (B).

Mélanges de deux couleurs primaires

$$ R + V \longrightarrow J $$

$$ R + B \longrightarrow M $$

$$ V + B \longrightarrow C $$

Mélange de trois couleurs primaires

Couleurs complémentaires

• Rouge et Cyan sont complémentaires : $$ \begin{aligned} R + \{ V + B \} & \longrightarrow \text{blanc}\cr R + C & \longrightarrow \text{blanc} \end{aligned} $$ $\rArr$

• Jaune et Bleu sont complémentaires : $$ \begin{aligned} \{R + V\} + B & \longrightarrow \text{blanc}\cr J + B & \longrightarrow \text{blanc} \end{aligned} $$

• Magenta et Vert sont complémentaires : $$ \begin{aligned} \{R + B\} + V & \longrightarrow \text{blanc}\cr M + V & \longrightarrow \text{blanc} \end{aligned} $$

Principe de la restitution des couleurs par un écran

• Pour reproduire la vision naturelle, il faut travailler sur un nombre important de couleurs et sur l’intensité lumineuse de ces couleurs.
• Les cartes graphiques gèrent 16.7 millions couleurs différentes (24 bits/pixels) mais l’œil ne permet de trier facilement que quelques milliers de couleurs.

Synthèse soustractive

Filtres et lumière colorées

• Un filtre coloré absorbe certaines couleurs et transmet les autres : sa couleur est celle de la radiation qu’il laisse passer.
• Lorsqu’on interpose sur le trajet d’une lumière blanche un filtre coloré, la lumière transmise est de la même couleur que le filtre. Le filtre soustrait à la lumière les couleurs qu’il absorbe.

Quelques Filtres

• Filtres primaires :

  • Un filtre vert «  soustrait » le bleu et le rouge et laisse passer le vert ;
  • Un filtre bleu «  soustrait » le vert et le rouge et laisse passer le bleu ;
  • Un filtre rouge «  soustrait » le bleu et le vert et laisse passer le rouge ;

• Filtres secondaires :

  • Le filtre magenta «  soustrait » le vert et transmet le (rouge + bleu) ;
  • Le filtre jaune «  soustrait » le bleu et laisse passer le (rouge + vert) ;
  • Le filtre cyan «  soustrait » le rouge et transmet le (bleu + vert).

Couleur des objets

Rappels

Lorsque la lumière éclaire un objet,

• une partie est transmise à travers le second milieu (si l’objet est transparent) ;
• une partie est absorbée (si le milieu absorbe à cette fréquence) ;
• une partie est diffusée.

Remarque. On dit qu’une lumière diffusée est réfléchie lorsqu’elle est diffusée dans une seule direction.

Interaction lumière - matière

Quelle est la couleur d’un objet éclairé par une lumière blanche ?

Lors de la diffusion une partie de la lumière blanche reçue est absorbée tandis que l’autre est diffusée et donne sa couleur à l’objet : un objet vert absorbe toutes les couleurs de la lumière blanche, sauf le vert.

Quelle est la couleur d’un objet éclairé par une lumière colorée ?

• Si un objet n’est éclairé que par des lumières qu’il absorbe il semble noir.
• Si un objet est éclairé par une lumière qui comporte des couleurs qu’il n’absorbent pas, sa couleur sera celle de la synthèse additive des couleurs diffusées.