Les couleurs Cours

Sommaire

ILa lumière blancheIILa perception des couleurs par l'œilIIILes deux types de synthèse des couleursALa synthèse additiveBLa synthèse soustractiveCLes couleurs complémentairesIVInteractions lumière – matièreAAbsorption, diffusion et transmissionBCouleurs d'un objetVRécapitulatif

Notions

À savoir

Radiation

Énergie émise sous forme de rayonnement d'une onde électromagnétique.

Longueur d'onde \lambda

Grandeur physique qui permet de caractériser une radiation et qui s'exprime en mètres (m). 

C'est la période spatiale de l'onde.

I

La lumière blanche

On qualifie de « lumière blanche » une lumière similaire à celle émise par le Soleil.

Lumière blanche

Une lumière blanche est une lumière polychromatique, composée de l'ensemble des radiations dont les longueurs d'onde \lambda   sont comprises entre 400 et 800 nm environ.

Spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche

Un corps incandescent (filament d'une ampoule, braise, etc.) suffisamment chaud émet une lumière blanche.

II

La perception des couleurs par l'œil

Le phénomène de vision est rendu possible par les capteurs de lumière que possède l'œil.

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

Sensibilités des trois cônes

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, assurant la perception des couleurs.

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

III

Les deux types de synthèse des couleurs

A

La synthèse additive

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

Synthèse additive des couleurs

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.

Synthèse additive
Synthèse additive

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

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.

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.

Ainsi, les écrans lumineux sont constitués de pixels, eux-mêmes composés 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.

-

Pour qu'un pixel soit perçu jaune, il faut que les sous-pixels rouge et vert soient activés.

B

La synthèse soustractive

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

Synthèse soustractive des couleurs

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

Synthèse soustractive
Synthèse soustractive

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

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.

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

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.

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.

Un tableau de Georges Lemmen employant la technique du pointillisme.

Plage à Heist de Georges Lemmen

Plage à Heist de Georges Lemmen

© Wikimedia Commons

C

Les couleurs complémentaires

Chaque couleur a une couleur complémentaire.

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.

Spectres de deux faisceaux colorés complémentaires

Spectres 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

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.
IV

Interactions lumière – matière

A

Absorption, diffusion et transmission

Lorsqu'un faisceau lumineux rencontre de la matière, trois types d'interactions sont possibles.

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 : l'objet éclairé est traversé par une partie de la lumière incidente.
Interactions entre un objet et la lumière

Interactions entre un objet et la lumière

  • Pour un objet transparent, la transmission est le phénomène prépondérant ;
  • Pour un objet noir, l'absorption est le phénomène prépondérant.
B

Couleurs d'un objet

La couleur d'un objet dépend de plusieurs paramètres.

La couleur dont on perçoit un objet dépend résulte de la synthèse additive des couleurs qu'il diffuse et est donc complémentaire de la couleur qu'il absorbe.

Un objet qui absorbe la couleur bleue sera perçu, lorsqu'il est éclairé par une lumière blanche, comme jaune. 

En effet, les couleurs présentes dans la lumière blanche incidente qu'il diffuse sont le rouge et le vert qui donnent, par synthèse additive, du jaune (couleur complémentaire de la couleur bleue absorbée).

-

Ainsi, la couleur perçue d'un objet dépend de trois facteurs :

  • de la couleur qu'il absorbe ;
  • de la couleur de la lumière incidente ;
  • de l'observateur (cas du daltonisme, par exemple).
-

Un objet qui absorbe le bleu est perçu jaune quand il est éclairé par une lumière blanche car le jaune est la couleur complémentaire du bleu. 

Mais la couleur dont on le perçoit peut être modifiée en faisant varier la couleur de la lumière qu'il l'éclaire :

  • 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 absorbe alors toute la lumière incidente et n'en diffuse aucune.
V

Récapitulatif

Lumière blanche

Lumière similaire à celle émise par le Soleil. Elle est polychromatique et composée de l'ensemble des radiations dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 et 800 nm.

Perception des couleurs par l'œil

Les images se forment sur la rétine qui est tapissée de photorécepteurs (cellules sensibles à la lumière) : les bâtonnets, très sensibles à l'intensité lumineuse et les cônes, chacun sensible à une couleur, le rouge, le vert ou le bleu.

Trichromie

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.

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, utilisée par exemple sur les écrans lumineux.

Les couleurs primaires de la synthèse additive sont le rouge, le vert et le bleu.

Synthèse soustractive des couleurs

Consiste à superposer des filtres colorés (ou des pigments) dans le but d'obtenir une nouvelle couleur, utilisée par exemple en dessin et dans les imprimantes.

Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont le cyan, le magenta et le jaune.

Couleurs primaires

Couleurs qui permettent d'obtenir, par superposition et selon leur proportion, toutes les autres couleurs.

  • En synthèse additive, ce sont le rouge, le vert et le bleu.
  • En synthèse soustractive, ce sont le cyan, le magenta et le jaune.

Couleurs complémentaires

Deux couleurs complémentaires sont deux couleurs dont le mélange en synthèse additive donne une lumière blanche.

Elles sont diamétralement opposées sur le cercle chromatique.

Interactions lumière-matière

Trois phénomènes physiques sont possibles :

  • 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 : l'objet éclairé est traversé par une partie de la lumière incidente.

Couleurs d'un objet

La couleur dont on perçoit un objet dépend résulte de la synthèse additive des couleurs qu'il diffuse et est donc complémentaire de la couleur qu'il absorbe.

La couleur perçue d'un objet dépend :

  • de la couleur qu'il absorbe ;
  • de la couleur de la lumière incidente ;
  • de l'observateur.
Lumière blanche

Lumière blanche

Synthèse additive des couleurs

Synthèse additive des couleurs

Synthèse soustractive des couleurs

Synthèse soustractive des couleurs