Ondes et signaux Chap 15 : Les couleurs Savoir

Introduction : l’œil humain La rétine est le capteur d’image du globe oculaire. Elle est composée d’une multitude de cellules photosensibles microscopiques qui décomposent l’image en un grand nombre de points. Ce sont en effet plus de 6 millions de cônes et cent millions de bâtonnets qui convertissent les signaux lumineux en messages électriques. Les bâtonnets, d’un seul type, réagissent aux faibles luminosités et permettent la vision nocturne mais sont insensibles à la couleur. La perception de cette dernière résulte de l’activation plus ou moins prononcée des différents cônes. Il en existe 3 types, qui diffèrent par la couleur de la radiation lumineuse qu’ils perçoivent : Bleue, verte ou rouge. Lorsque la rétine reçoit, par exemple, une lumière jaune ce sont les cônes sensibles au vert et au rouge qui sont excités. Le cerveau analyse ces informations et crée chez l’observateur l’illusion de jaune. Si les cônes rouges sont plus stimulés que les verts l’homme voit de l’orange. Si tous les

cônes sont stimulés de manière égale c’est une sensation de blanc qui est perçue. On dit que la perception des couleurs par l’homme utilise le principe de la trichromie : Rouge – Vert – Bleu (RVB) et que l’œil et le cerveau réalisent la synthèse additive des lumières colorées. Le rouge, le vert et le bleu sont appelées couleurs primaires de la vision. Au XIXe siècle, le physicien et médecin britannique Thomas Young (1773-1829) établie une théorie selon laquelle l’œil peut reproduire toutes les couleurs en mélangeant les sensations issues des 3 sortes de cônes. Il confirme ce que le physicien John Dalton avait diagnostiqué sur lui-même, une anomalie de perception des couleurs qu’il nomme Daltonisme. L’absence ou le dysfonctionnement d’un ou plusieurs types de cônes conduit à une modification de la perception de la lumière. Pourquoi les couleurs rouge, vert et bleu sont appelées couleurs primaires de la vision ? Pourquoi

dit-on que la perception des couleurs par l’homme utilise le principe de la trichromie ? (réponse en fin de chapitre)

I. Synthèse additive :

1) Principe : (vidéo) La lumière blanche (lumière solaire) contient toutes les lumières colorées visibles (une infinité) mais à partir de la superposition de trois d’entre elles, dites lumières colorées primaires (………………………, …………………………, ………………………..), on peut reconstituer une multitude de teintes.

Deux lumières colorées sont complémentaires si leur superposition donne de la lumière blanche.

Utiliser l’animation pour compléter le nom des lumières manquantes ci-contre.

Exemple : Quel est la couleur de la lumière complémentaire de la lumière bleue ?

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2) Application : les écrans LCD (animation) L’agrandissement ci-dessous de l’image d’un écran LCD (Liquid Cristal Display) nous permet de distinguer les pixels qui la composent. Si on agrandit encore l’image, on peut voir que chaque pixel est subdivisé en 3 rectangles (un rouge, un vert et un bleu) : ce sont les sous-pixels. En alimentant ces LED plus ou moins intensément (256 niveaux d’intensité possibles pour chaque LED), on recréé la couleur souhaitée pour une « cellule ». L’ensemble des cellules forme l’image. (Nombre de couleurs possibles : 256 × 256 × 256 = 16, 7 millions) Exemple : Quelle sera la couleur perçue si les sous-pixels suivants sont allumés : R+V+B ; R+V, B ? II. Synthèse soustractive :

1) Principe : (vidéo) - Cette synthèse consiste à obtenir la couleur désirée en retirant à la lumière blanche certaines radiations. - Pour effectuer ces soustractions, on utilise des filtres colorés. - Les trois filtres de base sont le cyan, le jaune et le magenta. Dans la synthèse soustractive, deux couleurs sont complémentaires si leur superposition donne du noir.

Utiliser l’animation pour compléter le nom des couleurs manquantes ci-contre.

lumière bleue lumière rouge

lumière verte

Filtre cyan

Filtre jaune Filtre

magenta

Exemple : compléter le schéma ci-dessous avec les rayons sortant de chaque filtre (C : cyan ; M : magenta ; J :jaune)

2) Application : l’impression à jet d’encre et la peinture.

En utilisant vos connaissances, justifier le fait que la peinture utilise le principe de la synthèse soustractive :

III. La couleur des objets : (vidéo – animation)

Lorsque de la lumière arrive sur un objet, il reçoit de la lumière incidente. Elle peut alors être absorbée par l’objet, être transmise, diffusée ou réfléchie.

- Voir activité documentaire. La couleur d’un objet dépend de :

- la lumière incidente,

- la lumière diffusée ou transmise

- l’observateur (daltonisme).

Exemple 1: quel sera l’aspect du drapeau français s’il est éclairé en lumière jaune ?

Vérifier votre hypothèse avec l’animation

Exemple 2 : fais l’exercice interactif de l’animation

Exemple 3 :

L’agent Longtarin est de surveillance avec un radar, un soir d’hiver, dans une avenue commerçante. Les lumières rouges d’un magasin illuminent la rue. Une voiture surgit à vive allure. L’agent Longtarin saisit son talkie-walkie :

- " Chef, chef, un excès de vitesse ! Une voiture noire à 138 km/h ! "

Ses collègues postés un kilomètre plus loin ne vont pas tarder à intercepter le chauffard. Ils voient passer dans la lumière blanche de leurs phares, une voiture rouge, une verte, une jaune puis une blanche. Enfin apparaît la voiture noire. Ils l’arrêtent. Son chauffeur conteste l’infraction :

- " Ma vieille voiture est incapable de dépasser 90 km/h !! " Vous êtes expert scientifique et ami de l’accusé. Pour l’aider à prouver son innocence, expliquez aux policiers que ce n’est pas forcément lui qui a commis l’infraction. Répondre à l’aide de phrases et de schémas.

Bilan : la vision en trichromie (vidéo)

Savoir-faire Exercices d’application

Comprendre les différentes synthèses de couleurs Ex 8 p 351, ex 15, 16 et 17 p 352

Interpréter la couleur d’un objet Ex 7, 14 p 351, ex 19 p 352

Découvrir la vision trichromatique de l’œil humain Ex 32 p 355

S’exercer : ex 35 p 356