Lumière et couleurs
Tu passes en 3ᵉ ?Revois l'essentiel de la 4ᵉ avant l'année du brevet.La lumière blanche est composée
Regarde la lumière qui sort d'une lampe ou celle du Soleil à midi : elle te paraît blanche, sans couleur particulière. C'est une illusion confortable. En réalité, cette lumière blanche est un mélange de lumières de toutes les couleurs, superposées si finement que ton œil ne perçoit que leur somme : du blanc.
Pour t'en convaincre, il faut séparer ces couleurs. Un morceau de verre taillé en pointe, le prisme, fait exactement cela : il dévie chaque couleur d'un angle légèrement différent, ce qui les étale les unes à côté des autres.
Décomposer la lumière blanche, c'est la séparer en l'ensemble des lumières colorées qui la composent. Un prisme décompose la lumière blanche en une bande continue de couleurs appelée le spectre.
Le spectre de la lumière blanche est continu : les couleurs s'y fondent l'une dans l'autre sans frontière nette, dans un ordre toujours identique que tu retrouveras dans tout arc-en-ciel.
L'ordre des couleurs du spectre : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet.
L'arc-en-ciel, un prisme géant
L'arc-en-ciel au-dessus de l'Atlas n'est rien d'autre que cette décomposition, réalisée par la nature. Après la pluie, l'air est rempli de millions de gouttes d'eau. Chacune se comporte comme un minuscule prisme : la lumière du Soleil qui la traverse en ressort décomposée. En les regardant toutes ensemble, dos au Soleil, tu vois le spectre s'étaler en arc dans le ciel, toujours dans le même ordre, du rouge à l'extérieur au violet à l'intérieur.
Exemple 1. Une lampe de poche ordinaire éclaire en blanc. Place un prisme sur son faisceau : sur le mur apparaît une bande colorée, le spectre. La lampe émettait donc déjà toutes ces couleurs, mélangées.
Lumière monochromatique et polychromatique
Toutes les lumières ne sont pas des mélanges. Certaines sont faites d'une seule couleur.
Une lumière monochromatique est constituée d'une seule couleur (elle ne peut pas être décomposée). Une lumière polychromatique est constituée de plusieurs couleurs.
L'exemple type de lumière monochromatique est le laser : un pointeur laser rouge n'émet que du rouge. Si tu le fais passer dans un prisme, il ressort dévié mais toujours rouge, sans s'étaler en spectre : il n'y a rien à séparer. La lumière blanche, au contraire, est l'exemple parfait d'une lumière polychromatique.
Exemple 2. Karim braque un pointeur laser vert à travers un prisme : le point reste vert, simplement décalé. Yasmine braque une petite lampe blanche : un spectre complet apparaît. Le test du prisme distingue le monochromatique du polychromatique.
La lumière blanche est polychromatique : un prisme (ou des gouttes de pluie) la décompose en un spectre continu, du rouge au violet. Une lumière monochromatique, comme un laser, ne contient qu'une seule couleur et ne se décompose pas.
La synthèse additive des couleurs
Tu sais décomposer la lumière. Faisons l'inverse : additionner des lumières colorées pour en fabriquer de nouvelles. Quand on superpose deux faisceaux de couleurs différentes sur un même écran, leurs couleurs s'ajoutent et l'œil perçoit une couleur résultante. C'est la synthèse additive.
La synthèse additive est l'obtention d'une nouvelle couleur en superposant des lumières colorées. Les trois couleurs primaires de la lumière sont le rouge, le vert et le bleu (on parle du système RVB).
Avec ces trois primaires, on reconstitue presque toutes les couleurs. Leurs superpositions deux à deux donnent trois couleurs secondaires :
- rouge + vert = jaune
- rouge + bleu = magenta (un rose-violet vif)
- vert + bleu = cyan (un bleu-vert clair)
Et la superposition des trois redonne du blanc :
- rouge + vert + bleu = blanc
C'est exactement ainsi que fonctionnent les écrans de ton téléphone, d'une télévision ou d'un ordinateur. Chaque point de l'image est fait de trois minuscules sous-pixels : un rouge, un vert, un bleu. En réglant leur intensité, l'écran fabrique par synthèse additive toutes les couleurs que tu vois. Une zone blanche, c'est les trois allumés à fond ; une zone noire, c'est les trois éteints.
Exemple 1. Sur un écran, un pixel jaune est en réalité un sous-pixel rouge et un sous-pixel vert allumés ensemble, le bleu éteint. Il n'y a aucune « lampe jaune » dans l'écran : le jaune naît de l'addition rouge + vert.
Exemple 2. Amine projette un faisceau rouge et un faisceau vert sur le mur blanc de sa chambre. Là où ils se croisent, la tache est jaune. Il n'a pourtant utilisé aucune lumière jaune.
Pourquoi « additive » ?
Le mot est important. On dit additive parce qu'on ajoute de la lumière : on part du noir (aucune lumière) et chaque faisceau ajouté éclaircit vers le blanc. C'est le contraire de ce qui se passe avec des peintures ou des feutres, où plus on mélange, plus on assombrit vers le marron puis le noir. Garde bien ces deux mondes séparés : ici, on parle de lumières qui s'additionnent, pas de matière colorée.
Synthèse additive : on superpose des lumières. Primaires : rouge, vert, bleu. Rouge + vert = jaune ; rouge + bleu = magenta ; vert + bleu = cyan ; rouge + vert + bleu = blanc. C'est le principe des écrans.
La couleur d'un objet
Voici une question qui paraît absurde et qui ne l'est pas : de quelle couleur est, vraiment, le tapis rouge d'un souk ? La réponse va te surprendre : en soi, il n'a pas de couleur. Un objet ne « contient » pas de couleur ; sa couleur dépend à la fois de la lumière qui l'éclaire et de la façon dont il la traite.
Quand la lumière frappe un objet, l'objet renvoie certaines couleurs vers ton œil (on dit qu'il les diffuse) et retient les autres (il les absorbe). La couleur que tu perçois est celle des lumières diffusées.
Un objet diffuse les lumières colorées qu'il renvoie vers l'œil et absorbe celles qu'il retient. Sa couleur perçue est celle des lumières qu'il diffuse. Un objet blanc diffuse toutes les couleurs ; un objet noir les absorbe presque toutes.
En lumière blanche, un foulard rouge diffuse le rouge et absorbe le reste : tu le vois rouge. C'est le cas habituel, et c'est pourquoi on dit « ce foulard est rouge ». Mais ce « rouge » n'est qu'un raccourci pour « ce foulard diffuse le rouge ».
La couleur dépend de l'éclairage
Change la lumière, et la couleur perçue change. Reprends le foulard rouge, mais éclaire-le maintenant avec une lumière bleue seule. Le foulard ne sait diffuser que le rouge ; or il n'y a pas de rouge dans la lumière bleue. Il n'a donc rien à renvoyer : il absorbe le bleu et paraît noir.
Exemple 1. Un citron, jaune en lumière blanche, diffuse le jaune (et les couleurs voisines) et absorbe le bleu. Éclairé en lumière bleue pure, il n'a rien à diffuser : il apparaît presque noir.
Exemple 2. Un objet blanc diffuse toutes les lumières. Éclairé en rouge, il paraît rouge ; éclairé en vert, il paraît vert. Il prend la couleur de la lumière qui l'éclaire, car il renvoie tout.
Exemple 3. Salma observe un foulard qu'elle sait blanc sous l'éclairage rouge d'une vitrine : il lui paraît rouge. Elle croit un instant que le marchand a changé de foulard. En réalité, le foulard blanc diffuse simplement la seule lumière disponible, le rouge.
Un objet n'a pas de couleur « en soi ». Il diffuse certaines lumières et absorbe les autres : sa couleur perçue est celle qu'il diffuse, et elle dépend de la lumière qui l'éclaire. Un objet qui n'a rien à diffuser paraît noir.
Les filtres colorés
Termine avec un objet qu'on glisse devant la lumière, et non sous l'œil : le filtre coloré, ce morceau de plastique ou de verre teinté que les éclairagistes placent devant les projecteurs d'un concert. Un filtre ne « teinte » pas la lumière : il en retient une partie.
Un filtre coloré laisse passer (transmet) la lumière de sa propre couleur et absorbe toutes les autres. Un filtre rouge ne transmet que le rouge.
Ainsi, si tu envoies de la lumière blanche (qui contient toutes les couleurs) à travers un filtre rouge, seul le rouge ressort : derrière le filtre, la lumière est rouge. Le filtre n'a rien ajouté ; il a enlevé le vert, le bleu et le reste.
L'effet en cascade
Les conséquences deviennent amusantes quand on combine un filtre avec une lumière déjà colorée, ou deux filtres l'un derrière l'autre.
Exemple 1. Une lumière verte arrive sur un filtre rouge. Le filtre ne transmet que le rouge ; or il n'y a pas de rouge dans la lumière verte. Il ne passe donc rien : derrière le filtre, c'est le noir.
Exemple 2. De la lumière blanche traverse d'abord un filtre rouge : il n'en sort que du rouge. Ce rouge arrive ensuite sur un filtre bleu, qui ne laisse passer que le bleu. Comme il n'y a plus de bleu, rien ne passe : la sortie est noire. Deux filtres de couleurs différentes en série éteignent souvent tout.
Exemple 3. Aux concerts au-dessus de la médina, l'éclairagiste place un filtre rouge devant un projecteur blanc pour baigner la scène de rouge ; un filtre bleu sur un autre projecteur pour ajouter du bleu. En jouant sur les couleurs des faisceaux qui se superposent sur scène (synthèse additive !), il recrée toutes les ambiances.
Un filtre transmet sa propre couleur et absorbe les autres. Lumière blanche + filtre rouge → rouge. Si la couleur du filtre est absente de la lumière reçue (lumière verte + filtre rouge, ou deux filtres différents en série), rien ne passe : c'est le noir.
Pièges classiques
Piège 1 : confondre synthèse additive (lumières) et mélange de peintures (soustractive). Avec des lumières, on ajoute : on part du noir et on éclaircit vers le blanc, et rouge + vert + bleu donne du blanc. Avec des peintures ou des feutres, c'est l'inverse : on assombrit, et mélanger beaucoup de couleurs donne du marron-noir. Ce chapitre parle de lumières : ne transpose jamais les règles de la peinture.
Piège 2 : croire qu'un objet a une couleur fixe, indépendante de l'éclairage. Un objet n'a pas de couleur « en soi ». Sa couleur perçue dépend de la lumière reçue. Un foulard rouge n'est rouge qu'en lumière blanche (ou contenant du rouge) ; en lumière bleue, il paraît noir. Dire « ce foulard est rouge » est un raccourci pour « il diffuse le rouge ».
Piège 3 : croire qu'un filtre "colore" la lumière. Un filtre n'ajoute aucune couleur : il en retire. Un filtre rouge ne « peint » pas la lumière en rouge ; il absorbe toutes les couleurs sauf le rouge, qu'il laisse passer. C'est pourquoi un filtre rouge sur une lumière verte ne donne pas du rouge, mais du noir : il n'y avait pas de rouge à laisser passer.
Piège 4 : croire que rouge + vert donne du marron, comme en peinture. En lumières, rouge + vert = jaune, pas marron. Le marron est une réponse de mélange de peintures. Sur un écran, le jaune est bel et bien fabriqué en allumant le rouge et le vert ensemble.
Piège 5 : confondre diffuser et absorber. Un objet diffuse (renvoie vers l'œil) les couleurs qui font sa couleur, et absorbe (retient) les autres. La couleur que tu vois est celle de la lumière diffusée, jamais de la lumière absorbée. Un objet noir absorbe presque tout, c'est pour cela qu'il chauffe au soleil.
Piège 6 : oublier que la lumière blanche est polychromatique. La lumière blanche n'est pas une « couleur de base » indivisible : c'est un mélange de toutes les couleurs. C'est ce qui permet à un prisme de la décomposer et à un objet d'y « prélever » la couleur qu'il diffuse. Une lumière monochromatique (laser), elle, ne se décompose pas.
Application concrète
Salma fait du shopping dans une boutique de la médina de Fès. Dans la vitrine, baignée par l'éclairage rouge d'un projecteur décoratif, un foulard lui paraît d'un beau rouge. Elle l'achète. Une fois dehors, en plein soleil, le foulard est… blanc. Salma croit s'être fait avoir. Karim, lui, comprend tout de suite ce qui s'est passé. Suivons son raisonnement.
Étape 1 — Décomposer la situation.
Karim rappelle d'abord que la lumière du Soleil est blanche, donc polychromatique : elle contient toutes les couleurs du spectre. L'éclairage rouge de la vitrine, lui, ne contient qu'une couleur : le rouge. Tout va dépendre de ce que le foulard fait de ces lumières.
Étape 2 — La couleur de l'objet vient de la diffusion.
Le foulard est blanc : par définition, un objet blanc diffuse toutes les couleurs qu'il reçoit. Sa couleur perçue n'est donc pas une propriété fixe du tissu, mais le résultat de ce qu'il renvoie à l'œil.
Étape 3 — Sous l'éclairage rouge de la vitrine.
Sous le projecteur rouge, la seule lumière disponible est le rouge. Le foulard blanc diffuse tout ce qu'il reçoit, donc il diffuse… du rouge, puisqu'il n'y a que ça. Résultat : il paraît rouge. Salma n'a pas été trompée par un faux foulard ; elle a été trompée par l'éclairage.
Étape 4 — En plein soleil.
Au soleil, la lumière blanche apporte toutes les couleurs. Le foulard blanc les diffuse toutes ensemble vers l'œil : la somme de toutes les couleurs diffusées, c'est le blanc. Le foulard reprend donc son aspect blanc. Rien n'a changé dans le tissu : seul l'éclairage a changé.
Étape 5 — Le test décisif.
Pour être sûr, Karim propose une vérification : éclairer le foulard avec une lumière bleue pure. Un vrai foulard rouge paraîtrait noir (rien à diffuser, pas de rouge dans le bleu), tandis qu'un foulard blanc paraîtrait bleu (il diffuse tout, donc le bleu reçu). Salma teste : le foulard devient bleu. Il était bien blanc depuis le début.
Conclusion.
En une scène de souk, Salma a mobilisé tout le chapitre : la lumière blanche est polychromatique, un objet n'a pas de couleur « en soi » mais diffuse ou absorbe selon l'éclairage, et un objet blanc prend la couleur de la lumière qui l'éclaire. La prochaine fois qu'un vêtement « change de couleur » en sortant d'un magasin, tu sauras que ce n'est pas magie : c'est de la physique de la lumière, celle-là même que tu approfondiras au lycée avec les longueurs d'onde.
À retenir
Avant les exercices, voici les règles essentielles à mémoriser.
La lumière blanche est polychromatique : un prisme (ou les gouttes de pluie de l'arc-en-ciel) la décompose en un spectre continu — rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet. Une lumière monochromatique (laser) ne contient qu'une couleur et ne se décompose pas.
En synthèse additive, on superpose des lumières. Primaires : rouge, vert, bleu. Rouge + vert = jaune ; rouge + bleu = magenta ; vert + bleu = cyan ; rouge + vert + bleu = blanc. C'est le principe des écrans.
Un objet n'a pas de couleur « en soi » : il diffuse certaines lumières et absorbe les autres. Sa couleur perçue est celle qu'il diffuse et dépend de l'éclairage. S'il n'a rien à diffuser, il paraît noir.
Un filtre coloré transmet sa propre couleur et absorbe les autres. Lumière blanche + filtre rouge → rouge. Si la couleur du filtre est absente de la lumière reçue, rien ne passe : c'est le noir.