Objectifs

• Comprendre comment la composition spectrale d'une source et les propriétés des matériaux déterminent la couleur perçue.
• Distinguer mélange additif (lumières) et mélange soustractif (pigments).
• Relier notions expérimentales à la réponse des photorécepteurs de l'œil.

Notions essentielles

• Une lumière monochromatique est caractérisée par une longueur d'onde λ (visible ≃ 380–750 nm). La couleur spectrale dépend de λ.
• Une lumière polychromatique est la superposition de plusieurs longueurs d'onde. Une lumière dite 'blanche' contient un spectre continu couvrant le visible.
• Un objet éclairé peut transmettre, réfléchir, absorber ou diffuser différentes parties du spectre. Sa couleur apparente résulte du spectre réfléchi ou transmis vers l'œil.
• Les pigments et colorants possèdent des bandes d'absorption: ils absorbent certaines longueurs d'onde et renvoient les autres, ce qui produit la couleur observée.

Mélanges de couleurs

Mélange additif (lumières)

Principe: addition de spectres. Les couleurs primaires sont le rouge (R), le vert (V) et le bleu (B). R + V + B = blanc. Exemples: R + V = jaune, V + B = cyan, R + B = magenta.

Mélange soustractif (pigments)

Principe: chaque pigment soustrait (absorbe) une partie du spectre. Les couleurs primaires d'encre sont cyan (C), magenta (M) et jaune (J). Le mélange C + M + J tend vers le noir si les absorptions se superposent.

Perception visuelle

• L'œil humain possède trois types de cônes sensibles à des bandes de longueurs d'onde centrées approximativement sur 420 nm (S), 530 nm (M) et 560 nm (L).
• La couleur perçue dépend des réponses relatives des trois types de cônes: des spectres différents peuvent produire la même perception (métamérisme).
• Couleurs complémentaires: la couleur qui, ajoutée en mélange additif à une autre, donne du blanc. Ex: rouge <-> cyan, vert <-> magenta, bleu <-> jaune.

Expériences simples à réaliser

1. Observation avec des filtres: regarder une feuille blanche à travers un filtre rouge, puis un filtre vert. Comparer l'intensité et la teinte. Expliquer par l'absorption sélective.
2. Objet coloré sous différentes sources: observer un objet vert sous une lumière blanche, puis sous une lumière rouge. Expliquer la différence par la réflexion sélective du pigment.
3. Mélange additif: projeter trois taches R, V, B se chevauchant sur un écran pour voir la formation des couleurs secondaires et du blanc au centre.

Exercices rapides

1. Une source émet une lumière blanche. Un objet absorbe fortement le rouge et reflète le vert et le bleu: quelle couleur paraît l'objet ?
2. On éclaire un tissu jaune avec une lumière purement bleue : que voit-on ?
3. Expliquez brièvement la différence entre la couleur d'une lumière et la couleur d'un objet.

Corrigés succincts

• 1: Si le rouge est absorbé et le vert + bleu réfléchis, l'objet paraît cyan (bleu-vert).
• 2: Le tissu jaune réfléchit majoritairement le rouge et le vert; sous lumière bleue il n'y a pas de rouge/vert à réfléchir, donc il paraît sombre, presque noir si aucune bande bleue n'est renvoyée.
• 3: Couleur d'une lumière = spectre émis par la source. Couleur d'un objet = spectre réfléchi ou transmis vers l'œil après interaction matière-lumière.

Résumé

La couleur perçue résulte de la combinaison du spectre de la source et des propriétés spectrales du matériau (absorption, réflexion, transmission). Les mélanges additifs concernent les lumières (R, V, B) ; les mélanges soustractifs concernent les pigments (C, M, J). La perception dépend des réponses des cônes et peut conduire au métamérisme.

Pour aller plus loin

• Étudier des spectres mesurés (spectrophotométrie) pour relier théorie et expériences.
• Expérimenter avec spectres discontinus (lampes à vapeur) vs spectres continus (lampe à incandescence) pour voir l'impact sur les couleurs perçues.