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Partie 2 / Les couleurs de la lumière et de la matière
La couleur de la matière
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Type d’activité :
Séance de cours
Couleur pigmentaire et couleur structurelle
 Toutes les couleurs ne se forment pas de la même manière. La plupart des couleurs que nous observons dans la nature sont dites pigmentaires : elles sont liées à la présence de pigments colorés dans
l'objet.
 C'est ce qui explique la couleur des pommes ou de l'iris des yeux par exemple; des éléments colorés
propres au corps concerné absorbent, diffusent, ou réfléchissent la lumière, quelle que soit son incidence ou presque. Ainsi, lorsque l’on observe une personne "droit dans les yeux", ou de profil, son iris
aura toujours la même couleur.
 Il existe toutefois dans la nature des objets qui ne fonctionnent pas ainsi : c'est notamment le cas des
plumes de certains perroquets, des ailes de papillon ou des coléoptères et des cristaux liquides.
En effet, ces corps présentent des couleurs dites structurelles ou physiques : ce sont des couleurs
provoquées, non pas par la présence ce pigments, mais par des phénomènes d’interférences liés à la
structure microscopique de l’objet. Les irisations ou les reflets que présentent alors les corps dépendent
de leur position par rapport à la lumière.
 Observée au microscope, une aile de papillon est couverte de petites "tuiles". Chacune contient un
ensemble d'ailettes. Si la plupart des papillons ont des couleurs pigmentées certains comme les magnifiques Morpho bleus ont des couleurs structurelles; les tuiles ont une forme pyramidale ou de sapin qui
diffractent la lumière, la décomposant et créant des couleurs par interférence, c'est le phénomène de
diffraction qui est propre aux ondes électromagnétiques. Ainsi, la couleur des ailes du papillon Morpho
dépend de sa position par rapport au Soleil, passant du turquoise au
bleu foncé. Le même effet explique l'irisation des CD-ROM et des
peintures dites métallisées.
 Découvrant ce magnifique phénomène donnant des tonalités irisées
très subtiles, les chercheurs en cosmétique ont utilisé cette technique
pour créer... des maquillages ! Ainsi certains rouges à lèvres et fards
à paupières sont constitués de mica et d'une ou plusieurs couches
d'enrobage (une par couleur, par exemple de l'oxyde de titane et de
silice) jouant le rôle de couleur d'interférence. Une fois étalée, la
couleur du maquillage varie en fonction des mouvements de la tête de la personne dans la lumière...
La synthèse soustractive des couleurs
► La synthèse soustractive des couleurs, consiste à placer devant un faisceau de lumière, un
(ou plusieurs) filtre(s) coloré(s) afin de soustraire à la lumière incidente une (ou plusieurs) couleur(s)
Les filtres de couleur
► Un filtre traversé par de la lumière absorbe certaines couleurs et en transmet d’autres
► La couleur du filtre donne la couleur de la lumière transmise
Filtres traversés par de la lumière blanche
Couleurs transmises
Couleurs absorbées
Rouge
rouge
bleue et verte
Bleu
bleue
rouge et verte
Vert
verte
bleue et rouge
Jaune
rouge et verte
bleue
Cyan
bleue et verte
rouge
Magenta
bleue et rouge
verte
 Lorsqu’une lumière blanche traverse
deux filtres superposés, de couleur jaune et
cyan, la lumière transmise est de couleur
verte (les couleurs rouge et bleue sont absorbées par les filtres)
 Lorsqu’une lumière blanche traverse
deux filtres superposés, de couleur jaune et
magenta, la lumière transmise est de couleur rouge (les couleurs verte et bleue sont
absorbées par les filtres)
 Lorsqu’une lumière blanche traverse deux filtres superposés, de couleur magenta et cyan, la lumière
transmise est de couleur bleue (les couleurs rouge et verte sont absorbées par les filtres)
La couleur en imprimerie ou en peinture
▪ La synthèse soustractive est utilisée en peinture et par les imprimantes couleurs : la superposition de
pigments ou d’encre absorbe certaines couleurs de la lumière blanche et en transmet d’autres.
 Les trois couleurs secondaires de la synthèse additive (le cyan, le magenta et le jaune) sont appelées communément « couleurs primaires de la synthèse soustractive »
Le mélange, en différentes proportions, des ces trois couleurs permet de restituer l’ensemble des couleurs perceptibles
 On mélange de la peinture jaune et de la
peinture magenta :
- la matière qui compose la peinture jaune
transmet les couleurs rouge et verte et absorbe
la couleur bleue
- la matière qui compose la peinture magenta
transmet les couleurs rouge et bleue et absorbe
la couleur verte
- Le mélange de peinture jaune et magenta absorbe les couleurs bleue et verte et transmet la
couleur rouge
→ le mélange sera rouge
 Une imprimante contient 4 cartouches
d’encres : jaune, cyan, magenta et noire.
Couleurs des encres envoyées par l’imprimante
Pour imprimer
du magenta
Pour imprimer
du cyan
Pour imprimer
du jaune
Pour imprimer
du bleu
Pour imprimer
du rouge
Pour imprimer
du vert
Pour imprimer
du noir
Magenta
Cyan
Jaune
Cyan et magenta
Jaune et magenta
Jaune et cyan
Noire
La couleur des objets
▪ Les objets qui nous entourent sont visibles car ils nous envoient de la lumière ; cette lumière provient
d’une source extérieure (soleil, lampe..)
▪ Notre œil perçoit des objets colorés car les pigments composant leur surface, telle un filtre, absorbent
et diffusent certaines des radiations de la lumière incidente
 On parle de réflexion spéculaire (ou plus simplement de réflexion) lorsqu’un ensemble de rayons
parallèles arrive sur une surface plane polie comme un miroir, ils sont tous renvoyés dans la même direction et forment un faisceau réfléchi parallèle.
 La réflexion spéculaire se produit pratiquement à la surface de l'objet (la lumière n’est entrée à
l’intérieur du matériau que sur une longueur de quelques nanomètres). Sur un trajet aussi faible,
il y a peu d'interaction de la lumière avec la matière de l'objet (notamment ses pigments). La couleur de la lumière réfléchie est donc proche de la couleur de la lumière reçue.
Ainsi, lorsque la lumière qui éclaire l'objet est blanche, la lumière réfléchie lors de la réflexion
spéculaire est blanche elle aussi.
 On parle de réflexion diffuse (ou plus simplement de diffusion) lorsque la réflexion a lieu sur une
surface rugueuse (dont les aspérités ont une taille supérieure à la quelques centaines de nanomètres,
10-7 m).
 Lorsqu’un faisceau de rayons parallèles frappent une surface rugueuse, les rayons sont réfléchis dans toutes les directions
La lumière qui entre dans ce matériau rugueux, du fait de ses irrégularités ou de ses inhomogénéités, accomplit un trajet chaotique avant de ressortir dans une direction aléatoire.
Lors de ce trajet dans le matériau, la lumière interagit avec les pigments de la matière et ressort
colorée
► Un objet n’a pas de couleur propre : celle-ci dépend de la lumière qu’il reçoit et des radiations
qu’il absorbe
► Un objet éclairé par de la lumière, absorbe certaines couleurs et en transmet d’autres
► La couleur d’un objet est la superposition des couleurs transmises, renvoyées