Chapitre 8 : Lumières blanche et colorées ; couleurs des objets
I. Nature de la lumière blanche
Pour étudier la lumière blanche nous venant du soleil, on va utiliser un spectroscope.
Un spectroscope est un tube noir constitué d’une fente à l’entrée (pour limiter la lumière entrant dans le tube), d’une loupe et d’un « réseau » (pellicule de plastique sur laquelle on a fait un très grand nombre de traits parallèles) avant la sortie où l’on place notre œil. Le réseau sert à décomposer la lumière : Si plusieurs couleurs sont présentes dans la lumière observée, le réseau va les séparer.
Spectroscope :
L’image observée grâce à un spectroscope est appelée spectre de la lumière.
Observons les spectres de la lumière blanche du Soleil et des lampes de notre salle de classe (tubes fluorescents) avec un spectroscope.
Pointez successivement votre spectroscope vers l’extérieur (s’il faut beau, ne le dirigez pas directement vers le Soleil, pour des raisons de sécurité, mais plutôt vers un coin de ciel bleu), puis vers une lampe de la salle (allumée), et répondez aux questions posées (sans les recopier).
Spectre de la lumière blanche du Soleil :
Spectre de la lumière émise par un tube fluorescent :
Conclusion :
Une lumière blanche est composée de lumières colorées. (Quelle que soit son origine, naturelle ou artificielle.)
On peut décomposer la lumière blanche en utilisant un réseau ou un prisme. On verra alors toutes les lumières colorées qui la composent.
Observation : Que peut-on dire du spectre de la lumière blanche du Soleil ?
Le spectre de la lumière blanche du Soleil est constitué de toutes les lumières colorées de l’arc-en-ciel.
Loupe Réseau
Fente (pour limiter la lumière entrant)
Observation : Que peut-on dire du spectre de la lumière blanche émise par le tube fluorescent ?
Le spectre de la lumière blanche du tube fluorescent est aussi constitué de plusieurs colorées, mais certaines couleurs du spectre de la lumière du Soleil sont manquantes. On voit par endroit des raies noires. (D’où l’impression d’une lumière blanche « artificielle ».)
II. Lumières colorées et lumière blanche 1) Obtention de lumières colorées On réalise le montage expérimental suivant :
Couleur du filtre utilisé Rouge Bleu Vert
Couleur observée à l’œil nu Rouge Bleue Verte
Spectre observé à travers un
spectroscope Une seule raie rouge Une seule raie bleue Une seule raie verte
Conclusion : Un filtre éclairé en lumière blanche permet d’obtenir une lumière colorée en absorbant certaines couleurs et en « laissant passer » la ou les autres.
Remarque : On n’en a utilisé que trois, mais il existe des filtres permettant d’obtenir de nombreuses couleurs.
2) Synthèse additive de la lumière blanche
En mélangeant des lumières colorées vertes, bleues et rouges (obtenue avec un filtre) sur un écran blanc, on observe la figure suivante :
Conclusion : Avec des lumières de couleurs bleue, rouge et verte, on peut reconstituer la lumière blanche, mais aussi d’autres lumières colorées. Cette technique s’appelle la synthèse additive de la lumière.
Comme elles permettent la synthèse additive du blanc, les lumières bleue, verte et rouge sont appelées lumières primaires. Les autres lumières qui sont apparues ici (magenta, cyan et jaune) sont les lumières secondaires.
Il suffit donc uniquement de trois lumières colorées pour produire du blanc ! C’est bien pour cela qu’on les appelle primaires !
On va observer ce qui se passe avec une lumière blanche traversant des filtres de différentes couleurs.
Filtre coloré Source de
lumière blanche
Observateur (avec ou sans spectroscope).
blanc
jaune magenta
cyan
III. Diffusion de lumière et couleur des objets 1) Couleur apparente des objets
La couleur d’un objet dépend-elle de la couleur de la lumière qui l’éclaire ?
Avec les lumières colorées obtenues grâce aux filtres, on va désormais éclairer des objets de différentes couleurs.
Cela change-t-il quelque chose de placer le filtre avant ou après l’objet dans ce schéma ? Non. Dans tous les cas un filtre par exemple rouge laisse passer le rouge, mais absorbe tout le reste. Qu’on le place avant ou après l’objet, si l’objet diffuse le rouge, on le verra, s’il ne diffuse pas le rouge, on verra du noir.
Pour des raisons pratiques (il y a des sources de lumière blanche partout dans la salle qu’on ne peut pas éteindre), on placera le filtre après l’objet.
Pour noter nos observations, on va distinguer la couleur propre d’un objet, qui est la couleur de cet objet éclairé en lumière blanche (celle à laquelle on est habitué), de sa couleur apparente, qui est celle que l’on observe en réalité, même éclairé en lumière colorée.
Utilisation d’une lumière colorée : Rouge Bleue Verte
Couleur apparente d’un objet blanc : Rouge Bleue Verte
Couleur apparente d’un objet noir : Noire Noire Noire
Couleur apparente d’un objet rouge : Rouge Noire Noire
Couleur apparente d’un objet bleu : Noire Bleue Noire
Couleur apparente d’un objet vert : Noire Noire Verte
Couleur apparente d’un objet jaune : Rouge Noire Verte
Conclusion : La couleur apparente d’un objet dépend
(a) de sa couleur propre (b) de la nature de la lumière qui l’éclaire.
2) Absorption de lumière et transferts d’énergie
La couleur propre d’un objet est due au fait que l’objet absorbe certaines couleurs, et diffuse les autres.
Exemples : Un objet bleu diffuse la couleur bleue, mais absorbe toutes les autres couleurs.
Un objet blanc diffuse toutes les couleurs (et n’en absorbe aucune). Un objet noir absorbe toutes les couleurs.
En absorbant de la lumière, les objets reçoivent de l’énergie. Ils s’échauffent, et peuvent transférer une partie de cette énergie à l’extérieur sous forme de chaleur.
Exemple : Lorsqu’on laisse un objet noir en plein Soleil pendant un certain temps, il peut devenir très chaud.
Filtre coloré Objet coloré Source de
lumière blanche
Observateur
