Synthèse additive et soustractive, filtres
Sur l'écran de ton téléphone, il n'y a que du rouge, du vert et du bleu, et pourtant tu y vois du jaune, du rose, du blanc. Sur une affiche imprimée, c'est avec du cyan, du magenta et du jaune qu'on fabrique le rouge. Pourquoi ces deux « recettes » sont-elles opposées ? Et pourquoi une robe jaune paraît-elle sombre sous un projecteur de théâtre magenta ? Réponse dans cette page.
Synthèse additive
La lumière blanche contient toutes les radiations visibles (de $400$ à $800\ \text{nm}$ environ). L'œil possède trois types de cônes, sensibles surtout au rouge, au vert et au bleu. En dosant trois lumières, on stimule les cônes comme le ferait n'importe quelle couleur.
Les trois mélanges à connaître :
| Superposition | Couleur perçue |
|---|---|
| Rouge + Vert | Jaune |
| Vert + Bleu | Cyan |
| Rouge + Bleu | Magenta |
| Rouge + Vert + Bleu (intensités égales) | Blanc |
Le jaune, le cyan et le magenta sont les couleurs secondaires. Deux couleurs sont complémentaires si leur superposition donne du blanc : jaune et bleu, cyan et rouge, magenta et vert.
Un écran fonctionne ainsi : chaque pixel est formé de trois sous-pixels R, V, B dont on règle l'intensité. Rouge $100\ \%$ et vert $100\ \%$ avec bleu à $0\ \%$ donnent du jaune ; les trois à $100\ \%$ donnent du blanc ; les trois à $0\ \%$ donnent du noir (aucune lumière).
Donner la couleur perçue lorsqu'on superpose, sur un écran blanc, des lumières : a) rouge et verte ; b) bleue et verte ; c) rouge, verte et bleue en proportions égales.
Donner la couleur perçue lorsqu'on superpose, sur un écran blanc, des lumières : a) rouge et verte ; b) bleue et verte ; c) rouge, verte et bleue en proportions égales.
Un écran d'ordinateur affiche un pixel dont les trois sous-pixels émettent : rouge à $100\ \%$, vert à $100\ \%$ et bleu à $0\ \%$. a) Quelle couleur perçoit-on ? b)…
Un écran d'ordinateur affiche un pixel dont les trois sous-pixels émettent : rouge à $100\ \%$, vert à $100\ \%$ et bleu à $0\ \%$.
- a) Quelle couleur perçoit-on ?
- b) Quelles intensités faut-il pour obtenir du magenta ? Du blanc ?
Absorption, diffusion, transmission
Quand la lumière rencontre la matière, trois phénomènes peuvent se produire :
-
l'absorption : certaines radiations sont absorbées (leur énergie est transférée à la matière, souvent sous forme de chaleur) ;
-
la diffusion : des radiations sont renvoyées dans toutes les directions (c'est ce qui permet de voir un objet opaque) ;
-
la transmission : des radiations traversent le milieu (cas d'un verre coloré, d'un filtre).
Exemple : une pomme rouge en lumière blanche diffuse surtout le rouge et absorbe le vert et le bleu. Sous un éclairage vert pur, il n'y a aucune radiation rouge à diffuser : elle absorbe le vert et paraît noire.
Une pomme rouge est éclairée en lumière blanche. a) Quelles radiations absorbe-t-elle principalement ? b) Quelle couleur lui voit-on sous un éclairage vert pur ?…
Une pomme rouge est éclairée en lumière blanche.
- a) Quelles radiations absorbe-t-elle principalement ?
- b) Quelle couleur lui voit-on sous un éclairage vert pur ? Justifier.
Un ballon de couleur est éclairé successivement par des lumières monochromatiques rouge, verte et bleue. Il paraît rouge sous la lumière rouge, noir sous la lumière…
Un ballon de couleur est éclairé successivement par des lumières monochromatiques rouge, verte et bleue. Il paraît rouge sous la lumière rouge, noir sous la lumière verte, noir sous la lumière bleue.
- a) Déterminer la couleur du ballon en lumière blanche en justifiant.
- b) Prévoir son aspect sous une lumière jaune (rouge + vert) et sous une lumière cyan.
- c) Décrire les phénomènes mis en jeu : absorption, diffusion, transmission.
Synthèse soustractive et filtres
Un filtre coloré transmet certaines radiations et absorbe les autres. Un filtre cyan transmet le bleu et le vert, et absorbe le rouge ; on dit qu'il « retire » le rouge de la lumière blanche. Un filtre magenta transmet rouge et bleu et absorbe le vert. Un filtre jaune transmet rouge et vert et absorbe le bleu.
| Filtre | Transmet | Absorbe |
|---|---|---|
| Cyan | B + V | R |
| Magenta | R + B | V |
| Jaune | R + V | B |
Pour deux filtres superposés, seules passent les radiations transmises par les deux.
Une imprimante applique le même principe sur un papier blanc qui diffuse toutes les radiations. Cyan + jaune absorbent R et B : il reste le vert. Magenta + jaune absorbent V et B : il reste le rouge. Cyan + magenta + jaune absorbent tout : on obtient (à peu près) du noir.
Un filtre cyan est éclairé par de la lumière blanche. a) Indiquer les couleurs de lumière transmises et absorbées. b) Déterminer la couleur de la lumière transmise si on…
Un filtre cyan est éclairé par de la lumière blanche.
- a) Indiquer les couleurs de lumière transmises et absorbées.
- b) Déterminer la couleur de la lumière transmise si on ajoute un filtre jaune derrière le filtre cyan.
Une imprimante utilise l'encre cyan, magenta et jaune sur du papier blanc diffusant toutes les radiations. a) Expliquer le principe de la synthèse soustractive. b)…
Une imprimante utilise l'encre cyan, magenta et jaune sur du papier blanc diffusant toutes les radiations.
- a) Expliquer le principe de la synthèse soustractive.
- b) Déterminer les encres à superposer pour obtenir du rouge, puis du vert.
Prévoir la couleur d'un objet éclairé
Méthode en deux étapes, à écrire dans ton raisonnement :
-
Déterminer les radiations présentes dans la lumière incidente (source, éventuellement après un filtre).
-
Parmi elles, déterminer celles que l'objet diffuse ; les autres sont absorbées.
Cela explique aussi pourquoi la couleur dépend de la source : sous une lampe au sodium (jaune, $589\ \text{nm}$), presque aucune autre radiation n'existe. Un objet bleu, qui diffuse surtout les radiations bleues, n'en renvoie quasiment pas : il paraît noir ou très sombre.
Pour un pigment, on peut aussi utiliser le cercle chromatique : la couleur perçue est la complémentaire de la couleur de la radiation absorbée. Un pigment qui absorbe vers $600\ \text{nm}$ (orange) paraît bleu (le bleu est complémentaire de l'orange).
Pour un filtre dont la courbe de transmission est de $90\ \%$ entre $490$ et $570\ \text{nm}$ et nulle ailleurs, la zone transmise est celle du vert : le filtre est vert. Avec un éclairage blanc supposé réparti en trois tiers égaux (R, V, B), il transmet le vert seul, soit environ $\frac{1}{3} \times 90\ \% = 30\ \%$ de l'énergie.
Un projecteur de théâtre éclairé en lumière blanche est équipé d'un filtre magenta. Il éclaire une robe jaune. a) Déterminer la couleur de la lumière à la sortie du…
Un projecteur de théâtre éclairé en lumière blanche est équipé d'un filtre magenta. Il éclaire une robe jaune.
- a) Déterminer la couleur de la lumière à la sortie du filtre.
- b) Déterminer la couleur sous laquelle la robe est vue.
- c) Justifier si la robe paraît plus lumineuse ou plus sombre que sous lumière blanche.
Un filtre est caractérisé par sa courbe de transmission : transmission d'environ $90\ \%$ entre $490$ et $570\ \text{nm}$, proche de $0$ ailleurs dans le visible. a)…
Un filtre est caractérisé par sa courbe de transmission : transmission d'environ $90\ \%$ entre $490$ et $570\ \text{nm}$, proche de $0$ ailleurs dans le visible.
- a) Déterminer la couleur du filtre.
- b) Si on le place devant un projecteur à lumière blanche, calculer, en supposant des tiers égaux pour R, V, B, la part d'énergie transmise.
- c) Prévoir la couleur transmise lorsqu'on lui superpose un filtre magenta, en justifiant.
Un affichage de rue éclaire en lumière blanche une enseigne peinte avec un pigment bleu. Le spectre d'absorption du pigment montre une absorption maximale vers…
Un affichage de rue éclaire en lumière blanche une enseigne peinte avec un pigment bleu. Le spectre d'absorption du pigment montre une absorption maximale vers $600\ \text{nm}$.
- a) Justifier la couleur du pigment à l'aide du cercle chromatique.
- b) Quelle serait la couleur de l'enseigne sous une lampe à vapeur de sodium (jaune, $589\ \text{nm}$) ?
- c) Expliquer pourquoi la couleur d'un objet dépend de la source d'éclairage.
Retour au début : ton écran n'a que trois sous-pixels R, V, B dont les lumières s'ajoutent ; l'imprimante, elle, retire des radiations d'une lumière blanche avec trois encres. Et la robe jaune paraît sombre sous le projecteur magenta parce qu'elle n'en diffuse que le rouge.
L'essentiel
-
Synthèse additive : on superpose des lumières. Primaires R, V, B ; R + V = jaune, V + B = cyan, R + B = magenta, R + V + B = blanc.
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Synthèse soustractive : on superpose des filtres ou des encres qui absorbent. Primaires cyan, magenta, jaune ; les trois ensemble donnent le noir.
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Cyan transmet B + V, magenta transmet R + B, jaune transmet R + V. Avec plusieurs filtres, seul passe ce que tous transmettent.
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Un objet a la couleur des radiations qu'il diffuse ; il absorbe les autres. Noir : tout absorbé ; blanc : tout diffusé.
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Pour prévoir une couleur : radiations de la lumière incidente, puis radiations diffusées par l'objet. La couleur dépend donc de la source.
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Un pigment a la couleur complémentaire de la radiation qu'il absorbe.