Optique
La lumière et ses secrets colorés
As-tu déjà regardé un arc-en-ciel et demandé d'où venaient toutes ces couleurs ? Dans ce chapitre, nous allons percer les mystères de la lumière blanche et découvrir comment elle se transforme pour créer toutes les couleurs que tu vois autour de toi. Tu vas comprendre pourquoi le ciel est bleu, pourquoi une pomme te paraît rouge, et comment fonctionne un prisme. Prépare-toi à voir le monde d'un œil nouveau !
Objectifs du chapitre
- Comprendre que la lumière blanche est composée de plusieurs couleurs
- Savoir expliquer la formation d'un arc-en-ciel
- Différencier les couleurs primaires de la lumière de celles des pigments
- Expliquer pourquoi un objet nous apparaît d'une certaine couleur
Le cours
La lumière blanche n'est pas si blanche !
La lumière qui nous vient du Soleil ou d'une lampe classique semble blanche à nos yeux. Pourtant, cette lumière blanche n'est pas une couleur unique. Elle est en réalité un mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. On peut séparer ces couleurs en utilisant un prisme, un objet en verre taillé en forme de triangle. Quand la lumière blanche traverse le prisme, elle est déviée et décomposée. On obtient alors une bande colorée appelée spectre de la lumière blanche.
Exemple
C'est exactement ce qui se passe quand la lumière du soleil traverse les gouttes d'eau après la pluie : chaque goutte agit comme un petit prisme et décompose la lumière, créant un magnifique arc-en-ciel.
Formule
Lumière blanche = Rouge + Orange + Jaune + Vert + Bleu + Indigo + Violet (Mnémonique : ROJ VIBuV)
Astuce
Pour retenir l'ordre des couleurs de l'arc-en-ciel, pense à cette phrase : "Richard Of York Gave Battle In Vain" (Rouge, Orange, Jaune, Vert, Bleu, Indigo, Violet).
Les couleurs primaires de la lumière
En optique, on peut recréer presque toutes les couleurs en mélangeant seulement trois lumières colorées particulières : le rouge, le vert et le bleu. On les appelle les couleurs primaires de la lumière, ou synthèse additive. Quand on superpose ces trois lumières à pleine intensité, on obtient de la lumière blanche. Si on mélange deux de ces lumières primaires, on obtient une couleur secondaire : rouge + vert = jaune, vert + bleu = cyan, bleu + rouge = magenta.
Exemple
C'est le principe utilisé par les écrans de ton téléphone, de ta télévision ou de ton ordinateur. Regarde de très près un écran blanc, tu verras de petits points rouges, verts et bleus qui, allumés ensemble, donnent l'impression de blanc.
Astuce
Pense aux initiales RVB (Rouge, Vert, Bleu). C'est le standard pour tous les écrans. Pour les couleurs secondaires, retiens que le mélange des deux couleurs primaires donne la couleur complémentaire de la troisième (ex : rouge+vert=jaune, qui est le complémentaire du bleu).
Pourquoi un objet est-il coloré ?
Un objet n'a pas de couleur par lui-même. Sa couleur dépend de la lumière qui l'éclaire et de la façon dont sa surface interagit avec cette lumière. Quand la lumière blanche arrive sur un objet, celui-ci absorbe certaines couleurs et en renvoie d'autres vers nos yeux. La couleur que nous voyons est donc la couleur de la lumière qui est renvoyée (ou diffusée). Un objet nous paraît blanc car il renvoie presque toutes les couleurs. Il nous paraît noir car il absorbe presque toutes les couleurs.
Exemple
Une feuille d'arbre nous paraît verte car elle absorbe les couleurs rouge et bleue de la lumière blanche, et renvoie principalement la couleur verte vers tes yeux. Sous une lumière rouge uniquement (comme dans une boîte de nuit), cette même feuille paraîtra sombre, presque noire, car il n'y a pas de lumière verte à renvoyer !
Astuce
Pour comprendre la couleur d'un objet, pose-toi toujours la question : "Quelle couleur de la lumière blanche cet objet renvoie-t-il vers moi ?" C'est cette couleur-là que tu vois.
Les couleurs des pigments (synthèse soustractive)
C'est le principe inverse de la lumière ! Quand tu mélanges des peintures, des encres ou des feutres, tu utilises des pigments. Les pigments fonctionnent en absorbant (soustrayant) certaines couleurs de la lumière blanche. Les couleurs primaires des pigments sont le cyan, le magenta et le jaune. En les mélangeant, on absorbe de plus en plus de couleurs. Le mélange des trois à parts égales donne du noir (ou du marron foncé en pratique). C'est la synthèse soustractive.
Exemple
C'est le principe de l'imprimante couleur de ta maison. Elle utilise des cartouches d'encre Cyan, Magenta, Jaune et Noir (CMJN) pour imprimer toutes les couleurs sur une feuille blanche. La feuille est blanche car elle renvoie toute la lumière ; l'encre déposée absorbe certaines couleurs.
Astuce
Ne confonds pas ! Lumière (écrans) : Rouge + Vert + Bleu = Blanc. Pigments (peinture) : Cyan + Magenta + Jaune = Noir (en théorie). Pense : "Lumière ADDITIVE = on AJOUTE de la lumière. Pigments SOUSTRACTIFS = on RETIRE (soustrait) de la lumière."
Notions clés à retenir
Lumière blanche
Lumière qui contient toutes les couleurs du spectre visible. Elle peut être décomposée par un prisme.
Spectre
Bande colorée obtenue en décomposant la lumière blanche. Il montre l'ordre des couleurs : Rouge, Orange, Jaune, Vert, Bleu, Indigo, Violet.
Synthèse additive
Méthode pour obtenir des couleurs en superposant des lumières colorées. Les couleurs primaires sont le Rouge, le Vert et le Bleu (RVB).
Synthèse soustractive
Méthode pour obtenir des couleurs en mélangeant des pigments qui absorbent (soustrayent) certaines couleurs de la lumière. Les couleurs primaires sont le Cyan, le Magenta et le Jaune (CMJ).
Absorption
Phénomène par lequel un objet capte et ne renvoie pas certaines couleurs de la lumière qui l'éclaire.
Diffusion
Phénomène par lequel un objet renvoie dans toutes les directions certaines couleurs de la lumière qu'il reçoit. C'est cette lumière diffusée que nos yeux perçoivent.
Erreurs à éviter
- ✗Dire qu'un objet 'est' rouge. C'est faux ! Un objet nous 'apparaît' rouge dans certaines conditions de lumière. Sous une lumière bleue, il paraîtra sombre.
- ✗Confondre les couleurs primaires de la lumière (RVB) et celles des pigments (CMJ). C'est deux systèmes opposés !
- ✗Penser que le noir est une couleur. En lumière, le noir est l'absence de lumière. En pigments, c'est le mélange qui absorbe tout (ou presque).
- ✗Croire que l'arc-en-ciel 'existe' quelque part dans le ciel. Il n'est pas un objet physique, mais une image créée par la décomposition de la lumière dans les gouttes d'eau, différente pour chaque observateur.
Types d'exercices
Analyse d'expérience
Décrire et expliquer ce qu'on observe quand on fait passer un faisceau de lumière blanche à travers un prisme, puis à travers un filtre coloré.
Prévision de couleur
Déterminer la couleur d'un objet (ex: chemise bleue) éclairé par une lumière colorée (ex: lampe rouge) et justifier.
Reconstitution de couleurs
Indiquer quelles lumières primaires (R,V,B) il faut superposer pour obtenir du jaune, du cyan, du magenta ou du blanc.
Schéma à légender
Compléter un schéma montrant le trajet de la lumière blanche vers un objet coloré, en indiquant les phénomènes d'absorption et de diffusion.
Pour aller plus loin
- Le fonctionnement de l'œil et des cônes qui nous permettent de voir les couleurs.
- Les infrarouges et les ultraviolets, des lumières invisibles pour nous mais très utiles.
- Les illusions d'optique et comment notre cerveau interprète parfois mal les couleurs et les formes.
