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La lumière

0,400 µm   Violet
0,430 µm Indigo
0,470 µm Bleu
0,530 µm Vert
0,580 µm Jaune
0,600 µm Orangé
0,650 µm Rouge

La lumière, au sens commun du terme, n'est que la partie visible (et infime) d'un phénomène plus vaste: les ondes (ou rayonnements) électro-magnétiques. Une onde électro-magnétique peut se définir par la donnée de sa longueur d'onde. C'est une grandeur qui s'exprime en unité de longueur, et elle peut varier du millionième de millionième de mètre au kilomètre.

Parmi les ondes électro-magnétiques que nous ne pouvons pas voir, il y a notamment les rayons X, les ondes radio, les ultraviolets (responsables de notre bronzage), ou encore les infra-rouges (que nous ne voyons pas, mais que nous pouvons ressentir sous forme de chaleur): toutes ces ondes sont de même nature.

Pourquoi ne voyons-nous pas les UV ou les ondes radio ? Parce que notre œil n'est sensible qu'aux rayonnements dont la longueur d'onde se situe grossièrement entre 0,38 et 0,75 millionièmes de mètre (0,38 à 0,75 micro-mètres, notés "µm"). Selon la valeur de cette longueur d'onde, nous percevons le rayonnement comme une lumière d'une certaine couleur1. Une correspondance approximative entre couleurs et longueurs d'onde est présentée dans le tableau ci-contre. Ainsi, si nous regardons une lampe qui émet une lumière de longueur d'onde 0,4 µm, nous la verrons violette. Si elle émet une longueur d'onde plus petite, nous ne verrons rien: c'est en-deça de ce à quoi notre œil est sensible2 (en l'occurence, il s'agira d'ultraviolets).

Lumière monochromatique, lumière composée

On appelle lumière monochromatique une lumière constituée d'une seule longueur d'onde. Par exemple, une lampe n'émettant qu'un rayonnement de longueur d'onde de 0,57 µm émet une lumière monochromatique. Elle sera perçue comme une lampe jaune. On parle de couleur pure.

Une lumière composée est une lumière constituée de plusieurs longueurs d'ondes. La lumière solaire, par exemple, est composée: elle est constituée d'un ensemble continu de rayonnements3. Une lampe émettant deux rayonnements de longueur d'onde 0,63 µm et 0,528 µm émet une lumière composée. Notre œil la percevra, là encore comme une lampe jaune4 !

Spectre d'émission

Spectre d'émissionRien à voir avec les ennemis de James Bond: un spectre d'émission est la représentation visuelle de l'ensemble des radiations émises par une source lumineuse. C'est une bande colorée, présentant le dégradé (du rouge au violet) qu'on observe au travers d'un prisme: il s'agit d'une échelle "visuelle" des longueurs d'onde. On le présente généralement le violet à gauche et le rouge à droite, c'est-à-dire dans le sens croissant des longueurs d'onde.

Spectre lumièresLe spectre peut être continu (toutes les longueurs d'onde sont émises par la source lumineuse) ou composé de raies: chaque raie correspond à une longueur d'onde donnée. Le spectre d'une lumière monochromatique est composé d'une unique raie, le reste de la bande est noir. Le spectre d'une lumière composée est constitué de plusieurs raies, ou présente une continuité.

Obtenir le spectre d'émission d'une lumière est simple: il suffit de faire passer cette lumière au travers d'un prisme et de placer un carton noir sur lequel va être projetée la décomposition de cette lumière: son spectre. Au passage, vous noterez que pour une lumière monochromatique, le prisme ne sert à rien, puisqu'une seule longueur d'onde est émise...

Les couleurs fondamentales

Les couleurs fondamentales désignent généralement les 7 couleurs de l'arc-en-ciel: violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé et rouge. Notez qu'il ne s'agit que d'une appellation, et que ces couleurs ne sont pas plus fondamentales que d'autres. Il s'agit juste des teintes qu'on distingue habituellement dans un arc-en-ciel. Celui-ci est en fait constitué d'une infinité de couleurs, car il s'agit du spectre continu du soleil.

Les couleurs primaires

Les couleurs primaires (dites aussi "couleurs principales") sont la donnée d'au moins deux couleurs permettant, par leur mélange, l'obtention d'autres couleurs. On utilise généralement 3 couleurs primaires, la troisième étant choisie de telle manière qu'on ne puisse pas l'obtenir par le mélange5 des deux autres.

Notez bien: pour un système de synthèse donné, additif ou soustractif (cf. plus bas), il n'y a pas qu'un seul triplet de couleurs primaires possible. Ainsi, en peinture, on choisit généralement un bleu moyen, un jaune et un rouge, alors qu'en impression trichromique, on utilise un bleu clair (cyan), un jaune et un rose-rougeâtre (magenta). Quant aux couleurs primaires rouge, vert et bleu, elles concernent l'affichage sur un écran, et donc relèvent de la synthèse additive.

Notez également qu'on n'est pas limité à trois couleurs primaires. Par exemple, certaines imprimantes ont 4 cartouches de couleurs (on ne compte pas les gris ou noirs): elles définissent donc quatre couleurs primaires.

Les couleurs secondaires, tertiaires

Les couleurs secondaires sont obtenues par mélange5 en égales proportions de deux couleurs primaires. Les couleurs tertiaires sont obtenues en mélangeant en égales proportions une couleur primaire et une couleur secondaire.

La synthèse additive

C'est le principe consistant à composer une couleur par addition de lumière. Lorsque dans une pièce plongée dans le noir, vous éclairez un mur blanc avec un spot rouge et un spot vert, à l'endroit où les deux faisceaux se coupent, la tache lumineuse sera jaune: c'est le résultat de la synthèse additive de la lumière rouge et de la lumière verte. La télévision, l'écran d'un ordinateur, les rayons lumineux suivent ce principe.

Notez qu'en synthèse additive, le mélange de deux couleurs donne toujours une couleur plus lumineuse. La synthèse additive est propre aux objets émetteurs de lumière.

Synthèse additiveEn synthèse additive, le choix couramment fait est celui de 3 couleurs primaires: le rouge, le vert et le bleu.

La synthèse soustractive

Il s'agit du principe consistant à composer une couleur par soustraction de lumière. Lorsque vous mélangez deux couleurs au pinceau, la couleur obtenue est le résultat d'une synthèse soustractive. L'aquarelle, les impressions sur papier (imprimantes couleurs) utilisent ce principe.

Synthèse soustractiveEn synthèse soustractive, on nous apprend (à l'école) que les trois couleurs primaires sont le bleu, le rouge et le jaune. Elles sont légèrement différentes de celles utilisées plus couramment: le cyan (bleu clair), le magenta (rouge-rose) et le jaune.

Notez que les couleurs primaires d'un système correspondent aux couleurs secondaires de l'autre, et vice-versa. Les couleurs tertiaires sont les mêmes en synthèse additive et soustractive.

Couleur complémentaire

Une couleur est la complémentaire d'une autre si le mélange des deux donne du blanc en synthèse additive ou du noir en synthèse soustractive. La complémentaire d'une couleur est la même dans les deux systèmes, additif ou soustractif. La complémentaire d'une couleur primaire est une couleur secondaire. La complémentaire d'une couleur tertiaire est une autre couleur tertiaire.

Exemples:

Roue chromatique

Roue chromatiqueLa roue chromatique est une disposition géométrique des couleurs primaires et secondaires sur le pourtour d'un cercle. Elle peut également contenir les couleurs tertiaires ainsi que d'autres couleurs intermédiaires ou variantes en intensité et saturation. L'ordre des couleurs permet de faire ressortir les points suivants:

1 : Nous pouvons faire un parallèle avec le son: selon sa fréquence, nous le percevons grave ou aigu. Puis en dessous ou au-delà d'un certain seuil, nous ne l'entendons plus car notre tympan n'y est pas sensible: ce sont les infrasons ou les ultrasons. Ils existent bel et bien, mais nous ne sommes pas "équipés" pour les entendre.
2 : Attention: si notre œil ne perçoit pas les ultraviolets, ça ne veut pas pour autant dire qu'ils n'ont aucun effet sur lui !! Certains ultraviolets sont dangereux: voyez à ce sujet la question Pourquoi faut-il des lunettes spéciales pour regarder le soleil.
3 : En fait, le spectre solaire est discontinu: certaines longueurs d'onde y sont absentes. Mais dans le cadre de cet article, nous approximerons le spectre solaire à un spectre continu.
4 : Retenez bien ce point: ce n'est pas parce que deux lumières nous paraissent de la même couleur qu'elles émettent les mêmes rayonnements.
5 : La définition du terme "mélange" dépend du système dans lequel on se place: synthèse additive ou synthèse soustractive.

http://pourpre.com21 Novembre 2012
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