4ᵉ · Physique-Chimie · Ondes & signaux
La lumière blanche (celle du Soleil ou d'une lampe) n'est pas une couleur pure : c'est un mélange de toutes les couleurs. Un prisme la décompose : on obtient un spectre, une bande de couleurs qui se succèdent du rouge au violet. L'arc-en-ciel est une décomposition de la lumière du Soleil par les gouttes de pluie.
Avec trois lumières colorées, les couleurs primaires — le rouge, le vert et le bleu (RVB) — on peut fabriquer presque toutes les couleurs en superposant les lumières. C'est la synthèse additive :
C'est ainsi que fonctionne un écran de télévision ou de téléphone.
Un objet n'a pas de couleur « à lui » : sa couleur dépend de la lumière qu'il reçoit et de ce qu'il en fait. Éclairé en lumière blanche, un objet diffuse (renvoie) certaines couleurs et absorbe les autres. Un objet rouge diffuse le rouge et absorbe le reste ; un objet blanc diffuse toutes les couleurs ; un objet noir les absorbe presque toutes.
Un filtre coloré ne laisse passer que les lumières de sa couleur et absorbe les autres. Un filtre rouge ne laisse passer que le rouge. Si on éclaire un filtre bleu avec de la lumière rouge, il ne passe aucune lumière : on voit du noir.
Chaque couleur (radiation) correspond à une longueur d'onde λ, exprimée en nanomètres (nm). Le violet a les plus petites longueurs d'onde (≈ 400 nm), le rouge les plus grandes (≈ 800 nm). Dans l'ordre : violet, bleu, vert, jaune, orange, rouge.
• UV (ultraviolet) : λ < 400 nm (invisibles, ceux du soleil qui font bronzer).
• Visible : 400 nm ≤ λ ≤ 800 nm (ce que l'œil perçoit).
• IR (infrarouge) : λ > 800 nm (invisibles, la chaleur, la télécommande).
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Regarde de très près l'écran de ton téléphone, avec une goutte d'eau posée dessus comme loupe : tu verras qu'une image blanche est en réalité faite de minuscules points rouges, verts et bleus. Ton écran ne connaît que ces trois couleurs, et pourtant il te montre des millions de nuances : il les fabrique en mélangeant ces trois lumières.
C'est la synthèse additive. Après la pluie, le Soleil traverse les gouttes d'eau et se décompose en arc-en-ciel : toutes les couleurs de la lumière blanche apparaissent. Et si un pull te paraît rouge, c'est parce qu'il renvoie la lumière rouge et absorbe les autres.
Dans ce chapitre, on apprend d'où viennent les couleurs et comment on les fabrique.
La lumière du Soleil nous paraît blanche. Pourtant, ce blanc n'est pas une couleur pure : c'est un mélange de toutes les couleurs. Pour le prouver, on utilise un prisme, un bloc de verre triangulaire.
Quand la lumière blanche le traverse, chaque couleur est déviée un peu différemment. À la sortie, les couleurs se séparent et s'étalent en une bande colorée continue, du rouge au violet. C'est le spectre de la lumière blanche.
C'est exactement ce qui se passe dans un arc-en-ciel : les gouttes de pluie jouent le rôle de minuscules prismes et décomposent la lumière du Soleil.
Voici le cœur du chapitre. Avec seulement trois lumières colorées, on peut fabriquer presque toutes les couleurs. Ces trois couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu.
On les note R, V, B. Quand on superpose deux de ces lumières, on obtient une nouvelle couleur : rouge plus vert donne du jaune, vert plus bleu donne du cyan, bleu plus rouge donne du magenta. Et si on superpose les trois lumières ensemble, rouge, vert et bleu, on retrouve du blanc.
C'est la synthèse additive : les lumières s'ajoutent. Attention, plus on ajoute de lumière, plus c'est clair, jusqu'au blanc. C'est exactement comme cela que ton écran de téléphone fabrique toutes ses couleurs.
Un objet n'a pas de couleur à lui tout seul. Sa couleur dépend de la lumière qu'il reçoit et de ce qu'il en fait. Éclairé en lumière blanche, qui contient toutes les couleurs, l'objet renvoie certaines couleurs vers ton œil et absorbe les autres.
On dit qu'il diffuse ce qu'il renvoie. Un objet rouge diffuse la lumière rouge et absorbe toutes les autres : c'est pour cela que tu le vois rouge. Un objet blanc diffuse toutes les couleurs.
Un objet noir, lui, absorbe presque tout et ne renvoie presque rien : c'est pour cela qu'il chauffe au soleil. Retiens : la couleur d'un objet, c'est la lumière qu'il diffuse.
Un filtre coloré, c'est un morceau de plastique ou de verre teinté qu'on met devant une lumière. Un filtre ne laisse passer que les lumières de sa couleur et absorbe toutes les autres. Un filtre rouge ne laisse passer que le rouge.
Si tu éclaires ce filtre rouge avec de la lumière blanche, seule la lumière rouge ressort. Mais attention à un piège classique : si tu éclaires un filtre bleu avec de la lumière rouge, le filtre bleu absorbe le rouge et le rouge n'est pas bleu, donc rien ne passe. Tu vois du noir.
Un filtre ne peut jamais fabriquer une couleur : il ne peut qu'en enlever.
Chaque couleur correspond à une grandeur mesurable : la longueur d'onde, notée lambda. On l'exprime en nanomètres, c'est-à-dire en milliardièmes de mètre. Dans le domaine visible, le violet correspond aux plus petites longueurs d'onde, autour de quatre cents nanomètres, et le rouge aux plus grandes, autour de huit cents nanomètres.
Entre les deux, dans l'ordre : bleu, vert, jaune, orange. Mais l'œil ne voit pas tout. En dessous de quatre cents nanomètres, c'est l'ultraviolet, les fameux UV du soleil qui font bronzer, invisibles.
Au-dessus de huit cents nanomètres, c'est l'infrarouge, la chaleur et les télécommandes, invisibles aussi. Notre œil n'est qu'une petite fenêtre entre ces deux mondes.
12 des 32 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.