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Couleur des objets

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Objectif(s)
Définir la notion de couleur d’un objet. Expliquer la diffusion, l’absorption et la transmission de la lumière. Montrer l’importance de la source lumineuse pour l’observation des couleurs.
La couleur d’un objet peut sembler quelque chose d’intrinsèque, un attribut que l’on ne peut pas modifier facilement : la voiture rouge, le train jaune… Pourtant, à moins que l’objet soit lui-même source de lumière, comme une lampe, il ne fait finalement que renvoyer la lumière, ou une partie de la lumière, qu’une source lumineuse lui communique. La couleur vue d’un objet pourrait-elle dépendre aussi de quelque chose autre que de l’objet lui-même ?
1. Approche expérimentale
On considère une surface blanche, sur laquelle on dispose des disques colorés opaques, comme indiqué sur l'image ci-après :

En éclairant la scène avec de la lumière blanche, la couleur habituelle des objets est ainsi facilement observable. Maintenant, si on applique des filtres colorés en sortie de la source de lumière, on obtient les résultats suivants :



Suivant la couleur de l’éclairage, les disques peuvent être vus selon des couleurs autres que leur couleur « normale ». Il est même possible que certains apparaissent noirs !


2. La théorie
a. Sources de lumière primaires et secondaires
Tout d’abord, on peut distinguer deux types de sources de lumières :
• Les sources primaires, correspondant aux corps émettant de la lumière par eux-mêmes, comme une lampe, un tube fluorescent, le Soleil, un L.A.S.E.R. …
• Les sources secondaires, qui sont associés à tous les objets qui n’émettent pas par eux-mêmes de radiations lumineuses visibles. Dans l’obscurité, ces objets ne sont pas visibles.
Les sources secondaires peuvent par contre réémettre certaines radiations reçues d’autres sources lumineuses. Ce sont elles que nous allons étudier.
b. La diffusion de la lumière par des objets opaques
Pour un objet opaque (autre qu’un miroir), la lumière réémise est diffusée par l’objet par réflexion. Ainsi, les radiations sont réémise dans toutes les directions possibles, jusqu’à parvenir vers l’œil, où l’on voit alors l’objet.

Par contre, l’objet ne renverra pas forcément toutes les radiations lumineuses de la source. Ainsi, la lumière blanche est en fait composée de plusieurs radiations, de plusieurs couleurs. Pour la lumière blanche émise par le Soleil ou une lampe, on pourrait d’ailleurs la décomposer pour obtenir le spectre :


Si un objet est éclairé en lumière blanche et nous apparaît comme rouge, c’est donc qu’il absorbe toutes les autres radiations visibles. Un objet blanc réémet toutes les radiations visibles. Un objet noir, quant à lui, absorbera quasiment toutes les radiations visibles.

Si la lumière éclairant l’objet n’est pas blanche, mais verte par exemple, alors un objet rouge absorbera la radiation rouge, mais de réémettra pas de lumière : l’objet rouge sera vu noir.

c. La transmission de la lumière
Pour les objets transparents ou translucides, la lumière peut être également transmise en passant à travers l’objet. Par exemple, un sirop de menthe. Tout ce qui a été vu pour la diffusion par les objets opaques restera valable. Ainsi, la lumière qui ne sera pas absorbée par l’objet sera transmise et visible par un observateur. Les filtres colorés, comme ceux qui ont servis pour l’expérience de la section 1, en sont une application.

Les radiations lumineuses diffusées par un objet par réflexion ne sont pas forcément les mêmes que celles transmises par un objet, si bien sûr celui-ci n’est pas totalement opaque. Par exemple, une main paraît rouge lorsqu’elle est traversée par une lumière blanche de forte intensité (lampe de bureau). Autre exemple, une feuille d’or est jaune en réflexion, mais bleu-verte par transmission.
3. La synthèse trichromatique soustractive
L’absorption de certaines couleurs dépend notamment de la surface de l’objet. En peinture, on parlera de pigments de couleurs. Un pigment jaune absorbera toutes les couleurs, sauf le jaune. Aussi, si on mélange des pigments jaunes avec des pigments cyans (bleu ciel), l’effet combiné est que seule une couleur « intermédiaire » pourra être diffusée, c'est-à-dire le vert.

L’œil ne perçoit que trois couleurs : le rouge, le vert et le bleu. C’est le cerveau qui fait ensuite le mélange. Le jaune est ainsi pour l’œil un mélange de vert et de rouge, et le cyan un mélange de bleu et de vert. Le pigment jaune diffuse ainsi du vert et du rouge, et le pigment cyan du bleu et du vert. Le mélange des deux pigments ne diffuse alors que la seule couleur commune aux deux : le vert.

D’autre part, trois couleurs de pigments suffisent pour créer toutes les couleurs de pigments possibles. Ces trois couleurs primaires sont le cyan, le jaune, et le magenta. Ce type de mélange est la synthèse trichromatique soustractive. Ce terme de soustractif vient du fait que mélanger deux pigments ne permet de diffuser que la couleur « permise » par les deux pigments en même temps. Ci-dessous est proposé le mélange de trois tâches de peinture de ces couleurs primaires, faisant apparaître d’autres couleurs par mélange. Au milieu se trouve le noir, car aucune couleur commune aux trois pigments ne peut être diffusée.


Les couleurs qui se trouvent diamétralement opposés sur la figure, comme le vert et le magenta, sont nommées couleurs complémentaires.
4. Couleur des objets en lumière artificielle
Pour l’éclairage artificiel, il est utile de savoir si la lumière produite est proche de la lumière blanche, afin d’assurer une bonne vision des couleurs. L’indice de rendu de couleurs, ou IRC, est un nombre se présentant sous la forme d’un pourcentage. La lumière du jour est par convention fixée à 100%. Plus l’IRC est bas, plus le rendu des couleurs sera médiocre. Par exemple, certains tubes fluorescents d’usine peuvent avoir un IRC de l’ordre de 60%.
L'essentiel
La couleur d’un objet est liée à la propriété de ce dernier à réémettre certaines radiations lumineuses visibles, par réflexion ou par transmission. Les autres radiations sont quant à elles absorbées par l’objet. Les pigments colorés, employés par exemple en peinture, peuvent permettre de créer des couleurs par synthèses trichromatique soustractive, en combinaisons les trois couleurs primaires : le jaune, le cyan, et le magenta.

La couleur que l’on voit d’un objet ne correspond réellement à sa « vraie » couleur que si celui-ci est éclairé en lumière blanche. Dans un cas contraire, si on emploie une lumière colorée par l’utilisation de filtres, alors la couleur vue de l’objet pourra être très différente de sa couleur réelle.

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