Lumière et couleur - Les couleurs de la matière

 

La lumière blanche n'existe pas. Elle résulte d'une superposition de rayons lumineux colorés. C'est Isaac Newton en 1669, qui démontra le premier ce phénomène en cherchant à comprendre le processus de formation des arcs en ciel.

1. Décomposition de la lumière blanche.

1.1 Expérience : On envoie un faisceau de lumière blanche depuis une source lumineuse dans une fente verticale puis au travers d'un prisme.

1.2 Observation : On obtient sur un écran un ensemble de 7 bandes de couleurs qui sont le rouge, l'orange, le jaune, le vert, l'indigo, le bleu et le violet. Cet ensemble de bandes colorées est appelé spectre de la lumière blanche.

1.3 Conclusion : Toute lumière est composée d'un ensemble de rayons lumineux colorés. Pour les observer il faut décomposer cette lumière à l'aide d'un prisme ou d'un réseau.

2. Synthèse de la lumière blanche.

En utilisant trois faisceaux de lumière colorés différents (à l'aide de filtres de lumière) on peut reconstituer la lumière blanche.

2.1 Expériences - Observations :

a) On superpose un faisceau de lumière vert et un de lumière rouge : on obtient un faisceau de couleur jaune.

b) On superpose un faisceau de lumière vert et un de lumière bleu: on obtient un faisceau de couleur cyan.

c) On superpose un faisceau de lumière bleu et un de lumière rouge : on obtient un faisceau de couleur magenta

d) En superposant simultanément les trois faisceaux on obtient une lumière blanche de la lumière blanche. Voir l'animation ?

Remarques :

    1. Ne pas confondre un filtre de lumière et un faisceau de lumière.
    2. En optique, le rouge, le vert et le bleu sont des couleurs primaires alors qu'en chimie ( tout comme en art plastique où on utilise des pigments de couleurs ) c'est le rouge, le bleu et le jaune.
    3. Les couleurs magenta, cyan et jaune sont des couleurs secondaires.
    4. C'est ce principe de trichromie qui est utilisé pour l'affichage des images des téléviseurs à tube cathodique.

Vocabulaire :

Le prisme : c'est une figure géométrique triangulaire en trois dimensions en verre ou en plexiglass qui a la propriété de réfléchir différemment les rayons lumineux en fonction de leur couleur. On peut aussi utiliser un réseau ( petite lame transparente sur laquelle on a tracé des traits si fins et si serrés qu'ils sont invisibles ).

Un filtre : c'est une petite lame en plastique coloré qui a la propriété de ne laisser passer que la ou les couleurs qui le compose(nt). Exemple : On envoie de la lumière blanche dans un filtre vert : à la sortie du filtre, le vert étant une couleur composant la lumière blanche, on obtiendra un faisceau de lumière verte. Si on ajoute derrière le filtre vert un filtre rouge, on n'observera que du noir, soit une absence totale de lumière.


La couleur de la matière

On place deux automobiles, l'une de couleur bleue et l'autre de couleur blanche, en plein soleil. On relève une température supérieure de 8°C dans la voiture de couleur bleue par rapport à la blanche ! Pour quelle raison ? Les corps ne réagissent pas de la même façon lorsqu'on les éclaire.

Dans une boite fermée, on place sur un côté 6 écrans de couleurs différentes ( feuille canson jaune, bleu, rouge, blanche, verte et noire ) puis on réalise deux trous du côté opposé de la boite. Par l'un d'eux, on éclaire les écrans avec une lumière colorée et par l'autre trou, on observe les écrans : que voit-on ?

Lumière envoyée
Couleur observée sur l'écran
Lumière blanche
jaune
bleu
rouge
blanche
vert
noire
Lumière verte
vert
noir
noir
vert
vert
noir
Lumière bleue
noir
bleu
noir
bleu
noir
noir
Lumière rouge
rouge
noir
rouge
rouge
noir
noir

On constate que:

1. L'écran blanc est toujours vu de la couleur qui l'éclaire. Il renvoie toute la lumière qu'il reçoit quelle qu'en soit la couleur.

2. L'écran noir ne renvoie aucune couleur. Il les absorbe toutes ( en optique, le noir correspond à une absence de lumière ).

3. L'écran jaune renvoie les couleurs qui forment le jaune ( rouge et vert ) et absorbe les autres...sauf le jaune !

4. Les couleurs primaires sont visibles uniquement lorsqu'on les éclaire par les couleurs qui les composent ( un écran rouge sera visible et rouge uniquement si on l'éclaire en lumière blanche, jaune, magenta ou rouge). Bien-sûr, on ne considère ici que les cas simples des couleurs primaires et secondaires.

Remarque : La chlorophylle des végétaux verts absorbe le bleu et le rouge et renvoie le vert, d'où sa couleur.

 

Ce qu'il faut retenir

Un corps éclairé qui n'est ni noir ni blanc absorbe une partie de la lumière ( et donc une partie des couleurs qui composent cette lumière ) et diffuse l'autre partie : c'est cette seconde partie qui lui donne sa couleur !