Chap. N° 17	Couleurs Cours Exercices

I- La synthèse additive et la couleur perçue.

1)- Addition de lumières colorées.

a)-  Introduction :

-  Une lumière colorée est constituée d’une ou plusieurs radiations lumineuses.

-  Lorsque l’on superpose plusieurs lumières colorées sur un écran, on perçoit une autre couleur :

-  C’est la synthèse additive.

b)-  Synthèse additive.

-  La synthèse additive résulte de la superposition de lumières colorées.

-  Les couleurs primaires de la synthèse additive sont :

-  Le rouge : ROUGE

-  Le vert : VERT

-  Le bleu : BLEU

►  Il suffit des couleurs Rouge : Vert : Bleu pour recréer quasiment toutes les couleurs.

-  Quand on superpose plusieurs lumières colorées, le cerveau en perçoit une nouvelle.

-  On obtient une infinité de couleurs en superposant ces trois lumières colorées et en agissant sur leur intensité lumineuse respective.

► Résumé : En synthèse additive :

►  Couleurs complémentaires :

-  Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc.

-  La synthèse additive de deux lumières colorées de couleurs complémentaire donne du blanc.

-  Les écrans utilisent la trichromie et la synthèse additive pour restituer les couleurs.

2)- Couleur perçue.

a)-  Perception des couleurs par l’œil :

►  La rétine.

-  La rétine a une structure granulaire. Elle est formée de cônes et de bâtonnets.

-  L’œil perçoit les couleurs grâce à la présence de deux types de cellules réceptrices de la lumière appelées photorécepteurs que possède la rétine :

-  Les bâtonnets sensibles seulement à l’intensité lumineuse

-  Les cônes qui détectent les lumières colorées

►  Il existe trois types de cônes :

-  Les cônes principalement sensibles à la lumière rouge

-  Les cônes principalement sensibles à la lumière verte

-  Les cônes principalement sensibles à la lumière bleue

b)-  Conclusion.

-  La perception des couleurs par la rétine utilise le principe de la trichromie.

-  La couleur perçue est l’impression visuelle des différentes radiations constituant la lumière visible qui atteint notre œil.

-  Elle s’explique par la synthèse additive des couleurs.

II- La synthèse soustractive et la couleur des objets.

1)- La synthèse soustractive.

-  La synthèse soustractive est liée à l’absorption de lumières colorées.

-  Les couleurs primaires de la synthèse soustractives sont :

-  Le cyan : Cyan

-  Le magenta : Magenta

-  Et le jaune : Jaune

►  Il suffit des couleurs Cyan : Magenta : Jaune pour recréer quasiment toutes les couleurs.

-  En superposant trois filtres (Cyan, Magenta et Jaune) dans un faisceau de lumière blanche, la lumière blanche est totalement absorbée.

-  On obtient du noir.

► Résumé : En synthèse soustractive :

►  Couleurs complémentaires :

-  Deux couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse soustractive donne du noir.

-  La synthèse soustractive de deux lumières colorées de couleurs complémentaires donne du noir.

2)- Couleur d’un objet.

a)-  Absorption, transmission, diffusion.

-  Les objets qui nous entourent sont visibles car ils nous envoient une partie de la lumière qu’ils reçoivent généralement d’une source extérieure.

-  Lorsqu’un objet reçoit de la lumière, il peut (en partie ou totalement) :

-  L’absorber

-  La transmettre si la lumière peut traverser l’objet

-  La diffuser, c’est-à-dire la renvoyer dans toutes les directions.

-  L’absorption est le phénomène par lequel un objet éclairé absorbe une partie de la lumière incidente (s’il absorbe toute la lumière incidente, il apparait noir)

-  La transmission est le phénomène par lequel un objet transparent est traversé par une partie de la lumière incidente.

-  La diffusion est le phénomène par lequel un objet éclairé envoie dans toutes les directions une partie de la lumière incidente.

-  L’absorption, la diffusion et la transmission de lumières colorées peuvent avoir lieu simultanément.

b)-  Couleur d’un objet.

-  La couleur d’un objet dépend :

-  De la nature de la lumière incidente

-  De l’absorption et de la diffusion de la lumière incidente par l’objet

-  De la synthèse des lumières reçues par l’œil.

-  La couleur perçue d’un objet dépend :

-  Des lumières colorées que l’objet absorbe, diffuse et transmet

-  De l’éclairage

-  De l’observateur

►  Exemple : Le drapeau Français éclairé par des lumières de différentes couleurs.

-  Indiquer dans chaque cas, les couleurs du drapeau français lorsqu’il est observé sous différentes lumières incidentes.

Drapeau triccolore	Lumière colorée	Observations
	Lumière blanche	Le drapeau possède une partie bleue, une partie blanche et une partie rouge. La partie bleue absorbe le rouge et le vert et diffuse la couleur bleue La partie blanche diffuse toutes les couleurs La partie rouge absorbe le bleu et le vert et diffuse la couleur rouge.
	Lumière rouge	La partie bleue du drapeau (en lumière blanche) apparait noire en lumière rouge car cette partie absorbe le rouge et le vert. Comme le rouge absorbe le vert et le bleu, cette partie apparait noire en lumière rouge
	Lumière verte	La partie bleue du drapeau (en lumière blanche) apparait noire en lumière verte car cette partie absorbe le rouge et le vert. Comme le vert absorbe le rouge et le bleu, cette partie apparait noire en lumière verte. De même, la partie rouge du drapeau (en lumière blanche) apparait noire en lumière verte car cette partie absorbe le vert et le bleu.  Comme le vert absorbe le rouge et le bleu, cette partie apparait noire en lumière verte.
	Lumière bleue	La partie rouge du drapeau (en lumière blanche) apparait noire en lumière bleue car cette partie absorbe le vert et le bleu.
	Lumière magenta	Les parties bleu et rouge du drapeau (en lumière blanche) gardent leur couleur respective car la couleur magenta arrête le vert et laisse passer le rouge et le bleu.
	Lumière cyan	La couleur cyan arrête le rouge et laisse passer le vert et le bleu. La partie rouge (en lumière blanche) apparait noire.
	Lumière jaune	La couleur jaune arrête le bleu et laisse passer le rouge et le vert. La partie bleue (en lumière blanche) apparait noire.

c)-  Les filtres.

-  Un filtre se comporte comme un objet diffusant.

- Un filtre coloré absorbe une partie de la lumière qui le traverse.

-  Les filtres réalisent une synthèse soustractive.

-  Comme les objets opaques, la couleur est obtenue en retirant des lumières colorées à la lumière incidente.

-  On distingue, les filtres primaires et les filtres secondaires.

►  Les filtres primaires :

-  Un filtre bleu ne transmet que la lumière bleue : il absorbe la lumière rouge et la lumière verte

-  Un filtre rouge ne transmet que la lumière rouge : il absorbe la lumière bleue et la lumière verte

-  Un filtre vert ne transmet que la lumière verte : il absorbe la lumière rouge et la lumière bleue

►  Les filtres secondaires :

-  Les filtres cyan, magenta et jaune transmettent deux des trois couleurs.

-  On les appelle des filtres secondaires.

-  Le filtre jaune absorbe la lumière bleue.

-  Il laisse passer la lumière rouge et la lumière verte.

-  Le filtre cyan absorbe la lumière rouge.

-  Il laisse passer la lumière bleue et la lumière verte.

-   Le filtre magenta absorbe la lumière verte.

-  Il laisse passer la lumière bleue et la lumière rouge.

III- Applications.

1)- Les écrans et les imprimantes

a)-  Les écrans :

-  Les écrans qui équipent les téléviseurs, les téléphones portables, les écrans d’ordinateurs utilisent le principe de la trichromie et de la synthèse additive.

-  L’écran plat d’un téléviseur est divisé en petites unités lumineuses : les pixels.

-  Chaque pixel est constitué de trois luminophores

-  Un luminophore qui diffuse de la lumière rouge

-   Un luminophore qui diffuse de la lumière verte

-  Un luminophore qui diffuse de la lumière bleue

-  En agissant sur le réglage de l’intensité lumineuse de chaque luminophore, on arrive à obtenir la couleur voulue pour chaque pixel.

-  Un écran est caractérisé par sa définition, c’est-à-dire par le nombre total de pixels.

-  Les fabricants indiquent :

-  Le nombre de pixels par ligne et le nombre de lignes.

-  Un écran haute définition HD, possède :

-  1080 lignes de 1920 pixels chacune et la taille d’un pixel est liée à la taille de l’écran.

-  Plus l’écran est petit, plus le pixel est petit.

-  Une image est constituée de points ou pixels.

-  Si elle est regardée à une distance suffisante, l’œil ne peut distinguer la trame des pixels.

-  L’œil possède un pouvoir séparateur.

-  Si l’écart entre 2 pixels est inférieur à une minute d’angle, l’œil ne peut pas séparer les deux points. L’image paraît ainsi uniforme.

-  Vue agrandie d’une partie de l’écran d’un téléviseur.

-  Couleurs des différents luminophores et couleur observée à l’écran :

Mire d’un écran de télévision

b)-  Imprimerie, peinture et photographie.

-  L’imprimerie, la peinture et la photographie utilisent la synthèse soustractive.

-  Les pigments ou les encres utilisés se comportent comme des filtres et retirent des lumières colorées à la lumière blanche diffusée par le support.

-  Les imprimantes utilisent la trichromie et la synthèse soustractive.

-  En plus des cartouches d’encres cyan, magenta et jaune, on ajoute une cartouche d’encre noire pour une reproduction plus fidèle.

-  Le mélange des couleurs cyan, magenta et jaune des cartouches d’encre donnent une teinte marron foncé qui n’est pas du meilleur effet.

-  De plus, il faut étalonner l’imprimante (qui utilise la synthèse soustractive) pour reproduire une photo fidèle à l’image que l’on voit à l’écran d’un ordinateur (qui utilise la synthèse additive).

2)- Spectrophotomètre et couleur spectrale.

-  Voir le cours de seconde : Spectres d’émission. Profil spectral d’une étoile.

  a)- Le spectrophotomètre.

►  Principe :

-  On utilise le fait que toute substance colorée absorbe la lumière visible (400 nm < λ₀ < 800 nm).

-  Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique traverse un milieu absorbant, l’intensité lumineuse I du faisceau transmis est inférieure à l’intensité lumineuse I₀ du faisceau incident.

-  Pour évaluer cette diminution, on utilise :

-  La transmittance T :

-  L’absorbance A :

-  La transmittance s’exprime en pourcentage.

-  À une transmittance T de 100 % (T = 1) correspond une absorbance nulle : A = 0.

-  À une transmittance de 1 % (T = 0,01) correspond une absorbance A =log 100 = 2

-  Chap N° 04 Analyse spectrale 2010

►  Spectre d’une lumière :

-  Un spectrophotomètre permet de réaliser le spectre d’une lumière.

-  Le spectre obtenu représente l’intensité lumineuse relative en fonction de la longueur d’onde.

   Spectre de la lumière émise par une lampe à vapeur de mercure donné par un spectrophotomètre :

-  Les principales longueurs d’ondes (les plus visibles) :

-  615 nm, 568 nm, 546 nm, 542 nm, 436 nm,  405 nm.

►  Spectre de la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium donné par un spectrophotomètre 

-  Le doublet du sodium :

-  Radiations jaunes de longueur d’onde voisine de 590 nm

-  (en réalité, il s’agit d’un doublet :589,0 nm et 589,6 nm)

►  Interprétation :

-  Les spectres de ces lumières ne sont pas continus.

-  On parle de spectre de raies d’émission

-  Chaque spectre est composé de raies colorées sur fond noir

-  Chaque raie colorée correspond à une radiation émise par l’entité chimique.

►  Conclusion :

-  Les radiations émises par une entité chimique (atome, ion) sont caractéristiques de cette entité.

-  Dans un spectre de raies d’émission, les longueurs d’onde des différentes radiations présentes permettent d’identifier l’entité chimique.

-  Un gaz, à faible pression et à température élevée, émet une lumière constituée d’un nombre limité de radiations.

-  On obtient un spectre de raies.

-  Le spectre obtenu est caractéristique des atomes du gaz qui émet les radiations.

-  Un spectre de raies constitue la signature d’un élément chimique et révèle sa présence.

-  Il permet d’identifier une entité chimique (atome ou ion).

b)-  Couleur spectrale.

-  Une couleur spectrale est identifiable par son spectre.

►  Exemple : Cas de la solution aqueuse de permanganate de potassium

-  Observation en lumière blanche :

-  Lorsque la solution aqueuse de permanganate de potassium est éclairée en lumière blanche, elle apparait de couleur magenta.

-  On peut obtenir le spectre d’absorption de cette solution lorsqu’elle est éclairée en lumière blanche :

► Expérience :

► Observation :

-  La solution de permanganate de potassium est violette lorsqu’on observe à la lumière du jour.

-  L’analyse de la lumière transmise par la solution de permanganate de potassium révèle la présence d’une bande sombre dans le spectre de la lumière blanche.

-  Une partie du vert et du bleu a été absorbée par la solution.

-  On obtient un spectre de bandes d’absorption.

-  Les radiations absorbées dépendent de la nature du milieu.

-  Un spectre de bande est caractéristique de la substance dissoute.

► Profil spectral :

-  Profil spectral de la solution aqueuse de permanganate de potassium.

-  Le profil spectral d'une solution aqueuse colorée est obtenu en donnant l'intensité relative de la lumière reçue après la traversée de la solution en fonction de la longueur d'onde.

-   Absorbance de la solution en fonction de la longueur d’onde.

-   On utilise le fait que toute solution colorée absorbe la lumière visible (400 nm < λ₀ < 800 nm).

-   Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique traverse un milieu absorbant, l’intensité lumineuse I du faisceau transmis est inférieure à l’intensité lumineuse I₀ du faisceau incident.

-

3)- QCM :

QCM réalisé avec le logiciel Questy

La synthèse additive et la couleur perçue.

La synthèse soustractive et la couleur des objets

Sous forme de tableau

4)- Exercices.

 

Exercices : DS 1)- Exercice 03 page 330 : Identifier une synthèse de couleurs. 2)- Exercice 05 page 330 : Prévoir une couleur. 3)- Exercice 07 page 330 : Identifier une couleur perçue. 4)- Exercice 09 page 330 : Prévoir une couleur en synthèse soustractive. 5)- Exercice 11 page 331 : Interpréter un phénomène. 6)- Exercice 17 page 331 : Un cube lumineux. 7)- Exercice 18 page 332 : Ambiance lumineuse. 8)- Exercice 19 page 332 : tester la synthèse soustractive. 9)- Exercice 27 page 334 : La « lumière noire ». 10)- DS 01 : Impression couleur (15 min) : Exercice 30 page 335