Dossiersl_a couleuret ses mystères Futura-Sciences 22/10/2008- par Claire Kbnig, Enseignante Sciences Naturelles La couleuret ses mystères Nous vivons dans un monde en couleurs marketing… La couleur, qui apparait comme naturelle, est un enjeu économique de matériaux et de produits) et s’accompagnederech 6 Chapitre 1/16 – La co ur p g Nous vivonsdans un nous émerveillent pa : l’art, la mode, le (développement nature et le vivant Iorés qu’ils offrent. L’art s’en est inspiré, la mode, et de nos jours, le marketing.
La couleur, si elle nous apparaît toujours commenaturelle, est devenue un enjeu économique avec le éveloppement dematériauxet deproduits jouantavec ses effets. Ce développement s’accompagne dune activité de recherche importante. Enfin, en amont, la perception colorée, àtravers le processuspsychophysique qui est misenœuvre, est l’objet d’intensesrecherches. Empereurs byzantins « nés dans la pourpre », rouge écarlate du manteaudu Christ, fabuleux « pays decocagne » où l’or bleu du pastel en coques assure indéfiniment la prospérité générale…
La pourpre, le kermès et le pastel, trois teintes mythiques entre toutes, profondément inscrites dans le Dossier couleuret ses mystères isation d’opale ne exposition internationale a eu lieu au Musée des U beaux-arts de Carcassonne (1999-2000) puis au Centre dedocumentacié i Museu tèxtiIdeTerrassa,près de Barcelone (2000)sur le thème del’importance culturelle et économique
Quartiedela Boca, BuenosAiresArgentine C’est la rencontre avec un dossier du CNRS (CNRS Info 391) sur cette exposition et le « Traité de la couleur » (publication des Presses polytechniques et universitaires 2001), ouvrage désormais incontournable, qui romandes m’a incitée àvous proposer ce dossier sur les couleurs….. Chapitre 2/16 – Les couleurs llnes’agitpas ici d’un cours d’optique, je laisse ceciaux physiciens ! Ils sont plus compétents quemoisur Source : http://www. utura-sciences. com/magazines/matiere/infos ‘dossiers/d/matiere-couleurmysteres-757/ page 2/ 79 le sujet, ils’agit, ici, simplement defixer un peules idées pour savoir dequoi on parlequ ecouleurs. Pour 2 Elles forment la lumière visible dont le spectre se répartit entre 400et 800 nanomètres. Voici le spectre visible (donc les couleurs quenous pouvons voir) et les caractéristiques dedifférentes ondes dont on parlesouvent .
Tableau spectre des radiations page 3/ 79 Dossier couleur et ses mystères EM Spectrum Une onde est caractérisée par sa fréquence et sa longueur qui sont inverses l’une de fautre : plus la longueurd’onde est faible, plus la fréquence est grande, et donc plus la lumièreest énergétique, on le saitbien queles rayons ultraviolets pénètrent dans la peausuffisamment pour y causer des dégâts ! 2- Réflexion ou Loi deSnell-Descartes es lois deSnell-Descartesdécrivent le comportement dela lumièreàl’interface dedeuxmilieux.
Ces lois sont au nombre dedeux, unepourla réflexionet unepourla réfraction. Avec la propagation rectiligne dela lumière dans les milieux homogènes et isotropes, ces lois sont àla base del’optique géométrique. Loi dela réflexion 3 OF comportement des ondes lorsqu’elles rencontrent un obstacle qui neleur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d’une onde par les pointsdel’objet. Ladiffractionse manifeste par le fait qu’après la rencontre d’un objet, la densité del’onde n’est pas conservéeselon les lois del’optique géométrique.
La diffractionest unedéflection desrayons lumineux auxabords immédiats des obstacles, déflexion qui apour ffet d’élargir les faisceaux aux passages étroits… par exemple les couleurs irisées des grains de poussières dans certaines conditions delumièreou des fils d’une toile d’araignée ou encore un CD.. La diffractions’observe avec la lumière, mais également avec le son, les vagues, les neutrons, les rayons X… Elle est unesignature dela nature ondulatoiredun phénomène.
A noter : les couleurs par diffraction sont difficiles àdifférencier des couleurs interférentielles (voir ci-dessous). Diffraction d’une onde Source . http://vft•m. futura-sciences. com/magazines/matiere/infos Page 5/ 79 – Diffusion La diffusion dune onde électromagnétique par un système est due à « hétérogénéité du s stème, ? l’échelle des moléculesou molécules. Si un 4 OF les directions ; c’est ce deuxième rayonnement qui est appelé diffusion.
Les couleurs qui apparaissentdans la neige le matin sont des couleurs par diffusion du bleu du ciel et du rouge du soleil levant. Ceci est du àla finedivisiondela matière enpetits cristaux deneige. Image dediffusion 6- Interférences Les bulles de savon, la nacre, une argenterie oxydée, les plumes ou les écailles des ailes de papillons… Ily a deux atégoriesd’interférences,celle des lames minces et celle des structures organisées. Dansle cas des lames minces,l’essentiel est la minceur dela lame qui doit être del’ordredegrandeur dela longueur d’onde de la lumière.
Dans le cas des structures organisées il en va de même et l’opale est source de lumière interférentielle parce queles petites boules qui la forment sont disposées très régulièrementet ont un diamètre proche dela longueurd’onde dela lumière(lirenotre dossier : « Au coeur dela silice… du silex pour le bleu des ailes deMorpho, cecélèbre papillon d’Amérique du sud. – Transparence un matériauou un objetest qualifié detransparent (on peut voir les formes àtravers)ou translucide (on nepeut pas voirles formes àtravers)lorsqu’il se laisse traverser par la lumière.
Page 6/ 79 s OF fortement réfringentes et les substances de petite masse volumique le sont faiblement. Cette corrélation est imparfaite : l’huile, de masse volumique inférieure àl’eau, est plus réfringente qu’elle. La réfringence dune substancedépendaussidesa structure moléculaire. De plus, les conditions ambiantes commela pression et la température, influencent la réfringence d’une substance. – Biréfringence C’est unepropriété qu’ontcertains matériauxtransparentsvis-à- vis dela lumière. Leur effet principal est dediviser en deux un rayon lumineux qui les pénètre.
La biréfringence s’explique par l’existence de deux indices de réfraction différents selon la polarisation de la lumière. Ces deux indices sont appelés indice ordinaire(noté no) et indice extraordinaire(noté ne). Image debiréfringence page 7/ 79 Du point de vue de la cristallographie, les cristaux biréfringents présentent une anisotropie, c’est-àdire que leur structure possède un ou deux axes privilégiés. Cette nisotropie apour effet quele cristal ne transmet pas dela même façon les rayons lumineux selon leur polarisation. OF sujet notre dossier : « La vision au-delà dela vision » Chapitre 3/16 – Lecercle chromatique « Newton afait du blanc avec toutesles couleurs. Labelle affaire, vraiment, pour quevous enfassiez unetelle histoire ». Goethe polémiquait ences termes contre le grand physicien anglais Newton. Cercle chromatique Page 8/ 79 Newton publia ses théories sur la gravitation enl 687, dans son ouvrage «principes mathématiques dela philosophie naturelle». A cetteépoque, ilavait compris depuis longtemps uela lumièreblanche est constituée de rayons colorés.
En 1672, ilenvoie àla Royal Society un mémoire « A new theory of light andcolours En 1671, alors quela peste menaçait Londres, Newton s’était retiré dans le comtédu Lincolnshire. Ilétudiala diffractiondela lumière blanche à travers un prisme et se convainquit que les rayons continuaient en ligne droite après diffraction dans l, prisme. llfit passer les rayons diffractés àtravers un second prisme et constata que, s’ils étaient denouveaudiffractés, ils n’étaientpas décomposésdavantage : les couleurs sont les ?léments constitutifs originels dela lumière blanche.
La palette de couleurs esta elée le spectre chromatique et ses composantes sont le OF taille décroissante, du rouge auviolet correspondant ? la diffraction : minimum pour le rouge, maximum pour le violet. Les secteurs ont une taille proportionnelle ? l’intensité de la couleur. Mais le cercle chromatique de Newton reste incomplètement expliqué, on sait que Newtor choisit sept couleurs parce qu’une octave musicale comporte sept intervalles: le choix desept couleurs primaires a finalement des motifs plus esthétiques que scientifiques.
Il reste que le cercle chromatique du physicien anglais marquait uneétape décisive. 1- Synthèse additive des couleurs Par addition de trois faisceaux lumineux de couleur rouge, verte et bleue, il est possible de d’obtenir pratiquement toutesles couleurs visibles. Cette méthode est basée sur la sensibilité trichromatique del’oeil humain. Rouge+vert =>jaune Rouge *bleu Bleu +vert Rouge *vert *bleu Les couleurs Intermédiaires sont reproduites enfaisant varier l’intensité des faisceaux lumineux.
Ce principe est utilisé pour la reconstitution des couleurs entélévision ou sur les écrans d’ordinateurs. Source « dossiers/d/matiere-couleurmysteres-757/ page 9/ 79 Addition 8 OF vert et le rouge individuellement. Dans la pratique, il est impossible de restituer toutes les couleurs avec trois sources lumineuses RVB. Pour cette raison, les physiciens travaillent avec des sources fictives idéales, comportant des composantes négatives dans certaines longueurs d’onde.
Ces sources fictives sont à la base des calculs colorimétriques utilisés pour réaliser les espaces colorimétriques dela CIE. 2- Synthèse soustractive des couleurs La méthode soustractive, système CMJ, consiste à soustraireàla umièreblanche ses composantes bleues, vertes et rouges àl’aide deflltres respectivement jaunes, magentaet cyan – Jaune -Jaune *cyan – Magenta *cyan =>bleu -Jaune +magenta *cyan page 10/79 Soustraction Les nuances intermédiaires sont obtenues enfaisant varier l’absorption des filtres.
Ce principe est essentiellement utilisé pour l’impression des couleurs. Dansla pratique,comme les pigments nesont pas parfaits on leur adjoint unequatrième nuance, le tenirdes noirsdenses et pigments transparents de nous parvient de la plage verte du jaune et du cyan de l’apparencedu vert. telle sorte que la lumière qui st le résultat de la soustraction la lumière blanche, ce qui donne 3- Trois paramètresphysiquespour définir unecouleur La longueurd’onde (lambda) : s’exprime ennanomètres.
Elle correspond aux termes de « teinte » (langage courant) ou de »tonalité » (psychométrie). La pureté d’excitation(pe): la vivacité d’une teinte,c’est-à-dire la forcedela sensation colorée. La pureté d’excitations’exprme enpourcentage (pur neutre Elle correspond aux termes de « pureté » (langage courant) et de »saturation » (psychométrie). efacteur deluminance (bêta) : énergie globale réfléchie par la couleur, et s’exprime enpourcentage, par omparaison avec un blanc deréférence. _efacteur deluminance correspond aux termes de « luminosité » (langage courant) et de »clarté » (psychométrie). En moyenne, notre oell est capable de discerner plus de 350 000 couleurs. pour pouvoir utiliser ces couleurs, ilest utile d’en avoirun classement ! 4- Ilexiste trois manières declasser les couleurs. – Selon uneapproche visuelle : Chevreul, Munsell, Ostwald, etc…. – Selon uneapproche physique : RVB, CIE (Commission Internationale del’éclairage) XYZ… – Selon uneapproche physique, corrigée par la psychométrie: CIE cab, CIE Luv. page 11/79 0 6
