Première S 2016-2017
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Première S 2016-2017

La couleur d'un corps n'est pas une caractéristique intrinsèque, mais la perception subjective qu'en a l'observateur à travers une chaîne complexe impliquant l’œil et le cerveau. Pour produire de nouvelles couleurs, on distingue le principe qui consiste à superposer des faisceaux lumineux (la synthèse additive) et celui qui consiste à superposer des filtres (la synthèse soustractive).

I

La perception des couleurs par l'œil

A

La trichromie

Dans l'œil, les images se forment sur la rétine. Celle-ci est tapissée de deux types de cellules sensibles à la lumière, appelés photorécepteurs :

  • Les bâtonnets très sensibles à l'intensité lumineuse mais pas aux couleurs. Ils permettent de voir lorsque la luminosité est très faible, et sont aussi sensibles au mouvement.
  • Les cônes de trois types : les cônes bleus, les cônes verts et les cônes rouges. Comme leur nom l'indique, chacun est sensible à une gamme de longueur d'onde donnée.

Le cerveau traite les signaux émis par les cônes pour former une image colorée.

Trichromie

La trichromie est le principe permettant à l'œil de reproduire un très grand nombre de couleurs à partir de trois photorécepteurs sensibles aux couleurs rouge, vert et bleu.

-
Sensibilités des trois cônes
B

Le daltonisme

Daltonisme

Le daltonisme est une anomalie de la vision des couleurs due à la déficience d'un ou de plusieurs des trois types de cônes de la rétine, responsables de la perception des couleurs.

Pour une personne atteinte d'une déficience du cône rouge, le rouge est perçu vert.

II

L'obtention des couleurs

A

La synthèse additive

Dans les écrans (de télévision, d'ordinateur, de téléphone, etc.) les couleurs sont obtenues par synthèse additive.

Synthèse additive

La synthèse additive des couleurs consiste à superposer des faisceaux colorés issus de plusieurs sources dans le but d'obtenir un faisceau d'une nouvelle couleur.

La superposition d'un faisceau rouge et d'un faisceau vert produit un faisceau jaune.

-

Synthèse additive

Couleurs primaires de la synthèse additive

Les couleurs primaires de la synthèse additive sont le rouge, le vert et le bleu. Elles permettent d'obtenir, par superposition et selon leur proportion, toutes les autres couleurs.

Ainsi, chaque pixel de l'écran est composé de trois sous-pixels qui peuvent prendre une couleur verte, bleue ou rouge. Ces sous-pixels sont si petits que l'œil humain ne les distingue pas. En revanche, il perçoit la superposition des lumières qu'ils émettent.

La superposition de faisceaux colorés de même intensité lumineuse des trois couleurs primaires de la synthèse additive (rouge, vert et bleu) donne un faisceau de lumière blanche.

B

La synthèse soustractive

En dessin, peinture ou impression, les couleurs sont obtenues par synthèse soustractive.

Synthèse soustractive

La synthèse soustractive des couleurs consiste à superposer des filtres colorés dans le but d'obtenir une nouvelle couleur.

La superposition d'un filtre jaune et d'un filtre cyan produit la couleur verte.

-

Synthèse soustractive

Couleurs primaires de la synthèse soustractive

Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont le cyan, le magenta et le jaune. Elles permettent d'obtenir, par superposition et selon leur proportion, toutes les autres couleurs.

Ainsi, chaque pigment composant la peinture ou le crayon agit comme un filtre qui absorbe une couleur. La couleur d'un mélange s'obtient par synthèse soustractive des couleurs de chaque pigment.

La superposition de filtres colorés des trois couleurs primaires de la synthèse soustractive (cyan, magenta et jaune) donne du noir.

Le pointillisme est une technique de peinture où les couleurs sont produites par synthèse additive : le peintre compose le tableau par un ensemble de points colorés très petits afin que l'œil humain ne les distingue pas mais perçoive la superposition des lumières qu'ils émettent (à la manière de sous pixels d'un écran). Il n'y a pas le mélange de filtres (pigments) nécessaires à la synthèse soustractive.

-

Plage à Heist de Georges Lemmen, tableau employant la technique du pointillisme

Wikipedia

C

Les couleurs complémentaires

Couleurs complémentaires

Deux couleurs complémentaires sont deux couleurs dont le mélange en synthèse additive donne une lumière blanche. Cela équivaut à ce que, en synthèse soustractive, la superposition de filtres de ces couleurs donne du noir.

La figure illustrant la synthèse additive montre que le magenta mélangé au vert donne du blanc : le magenta et le vert sont donc deux couleurs complémentaires.

La figure illustrant la synthèse soustractive montre que superposer un filtre magenta et un vert conduit à de la lumière noire : cela montre aussi que le magenta et le vert sont des couleurs complémentaires.

Les spectres de faisceaux lumineux de couleurs complémentaires se complètent pour donner le spectre entier de la lumière blanche.

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Spectre de deux faisceaux colorés complémentaires

Pour facilement déterminer la couleur complémentaire d'une couleur donnée, on utilise le cercle chromatique ci-dessous. Deux couleurs diamétralement opposées sur le cercle sont complémentaires.

-

Cercle chromatique

Dans le cercle chromatique, les couleurs jaune et bleu sont opposées : ce sont donc des couleurs complémentaires.

  • La superposition de faisceaux colorés jaune et bleu donne un faisceau de lumière blanche, par synthèse additive.
  • La superposition de filtres colorés jaune et bleu donne du noir, par synthèse soustractive.
III

Couleur spectrale et couleur perçue

Couleur spectrale

Une couleur spectrale est une couleur issue de la décomposition du spectre de la lumière blanche.

Le spectre de la lumière blanche peut être découpé de façon arbitraire en 6 couleurs : le violet, le bleu, le vert, le jaune, l'orange et le rouge. On peut isoler ces couleurs en décomposant la lumière blanche (avec un prisme), ce sont donc des couleurs spectrales.

La couleur magenta résulte de la superposition de faisceaux colorés rouge et bleu et n'apparaît pas dans le spectre de la lumière blanche, ce n'est donc pas une couleur spectrale.

Couleur perçue

La couleur perçue d'une lumière est l'impression visuelle qu'elle nous donne.

La couleur perçue d'une lumière contenant des radiations rouge et verte est jaune.

Deux lumières qui ont des spectres différents peuvent avoir des couleurs perçues identiques.

Il existe 2 sortes de jaune :

  • La couleur jaune spectrale dont le spectre ne contient que des radiations jaune :
-

Couleur jaune spectrale

  • La couleur jaune non spectrale obtenue par superposition de faisceaux colorés rouge et vert :
-

Couleur jaune non spectrale

IV

La couleur d'un objet

Selon leur nature, les objets interagissent différemment avec la lumière. Lors de cette interaction, les phénomènes physiques mis en jeu sont :

  • L'absorption : l'objet éclairé absorbe une partie de la lumière incidente.
  • La diffusion : l'objet éclairé renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière incidente.
  • La transmission (pour un objet transparent) : l'objet éclairé est traversé par une partie de la lumière incidente.
-

Interactions entre un objet et la lumière

La couleur perçue d'un objet dépend de trois choses :

  • De la couleur qu'il absorbe
  • De la couleur de la lumière incidente
  • De l'observateur (cas du daltonisme)

Pour interpréter la couleur d'un objet, on se base sur la synthèse soustractive : un objet se comporte comme un filtre en absorbant certaines couleurs et en diffusant les autres.

Un objet absorbe la couleur bleue.

  • Éclairé par une lumière blanche, il sera perçu jaune car le jaune est la couleur complémentaire du bleu : à partir de la lumière incidente blanche, composée de rouge, vert et bleu, il diffusera la lumière rouge et verte (le bleu étant absorbé) ce qui donne par synthèse additive du jaune.
  • Éclairé par une lumière cyan, il sera perçu vert : à partir de la lumière incidente cyan, composée de vert et de bleu, il diffusera uniquement la lumière verte (le bleu étant absorbé).
  • Éclairé par une lumière bleue, il sera perçu noir car il absorbera alors toute la lumière incidente et n'en diffusera aucune.
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