Lumière et couleurs : dispersion de la lumière
La dispersion de la lumière blanche est sa séparation en lumières colorées, par exemple à l'aide d'un prisme. Le spectre obtenu est continu, du rouge au violet. Un filtre sélectionne une partie de la lumière reçue ; il ne fabrique pas une couleur absente de l'éclairage.
À la fin de ce chapitre, vous saurez
- Décrire la dispersion et le spectre de la lumière blanche
- Distinguer lumière blanche et lumière monochromatique
- Expliquer la synthèse additive et le rôle d'un filtre
- Prévoir la couleur apparente d'un objet dans une situation simple
PrérequisSources primaires et objets diffusants · La lumière diffusée par un objet doit parvenir à l'œil
Un bon cours, ça se partage.
La lumière blanche contient-elle des couleurs ?
Une tache de Soleil paraît souvent blanche sur une feuille. Pourtant, un arc-en-ciel fait apparaître des couleurs à partir de la lumière solaire. Pour comprendre cette observation, on envoie en classe un faisceau étroit de lumière blanche sur un prisme et on place un écran après celui-ci. L'écran montre une bande colorée à la place d'une seule tache blanche.
Définition
Dispersion de la lumière blanche : La dispersion est la séparation de la lumière blanche en lumières colorées. Un prisme dévie différemment ces lumières : dans le verre ordinaire, le violet est plus dévié que le rouge. Les couleurs étaient présentes dans la lumière incidente ; le prisme ne les crée pas.
Définition
Spectre de la lumière blanche : Le spectre est la bande colorée obtenue après dispersion. Celui de la lumière blanche est continu : les teintes passent progressivement du rouge à l'orange, au jaune, au vert, au bleu et au violet. Les noms de couleurs servent de repères ; le spectre ne se limite pas à quelques bandes isolées.
Méthode
Décrire l'expérience du prisme
- Nommer la source et préciser qu'elle fournit une lumière blanche.
- Repérer le prisme traversé par le faisceau.
- Décrire la bande colorée observée sur l'écran.
- Conclure que la lumière blanche est composée de plusieurs lumières colorées.
Attention
Une déviation change la direction d'un faisceau. Une dispersion sépare ses différentes composantes colorées. Un faisceau peut être dévié sans produire un spectre multicolore.
Qu'appelle-t-on une lumière monochromatique ?
Définition
Lumière monochromatique : Une lumière monochromatique correspond à une seule couleur spectrale. Dans le modèle du cours, un faisceau monochromatique traversant un prisme est dévié mais ne se décompose pas en plusieurs couleurs.
La lumière blanche est polychromatique : elle rassemble plusieurs composantes colorées. Une lumière qui paraît rouge n'est pas toujours parfaitement monochromatique ; un filtre réel peut laisser passer une petite gamme de rouges. En 2AC, on utilise souvent le modèle simplifié d'un filtre idéal pour prévoir le résultat d'une expérience.
Comment reconstituer une lumière blanche ?
On peut superposer sur une même zone d'un écran blanc des lumières rouge, verte et bleue. Avec des intensités adaptées, la zone commune paraît blanche. C'est une synthèse additive : on additionne des lumières reçues au même endroit. Rouge, vert et bleu sont les trois couleurs de base utilisées dans ce modèle.
| Lumières superposées sur l'écran | Couleur obtenue avec des intensités adaptées |
|---|---|
| Rouge + vert | Jaune |
| Vert + bleu | Cyan |
| Bleu + rouge | Magenta |
| Rouge + vert + bleu | Blanc |
Une tache jaune sans lampe jaune
Deux projecteurs, rouge et vert, éclairent la même zone d'une feuille blanche. Pourquoi cette zone peut-elle paraître jaune ?
- La feuille reçoit les deux lumières et les diffuse ensemble vers l'œil.
- La superposition additive du rouge et du vert peut produire une sensation de jaune.
- On ne doit pas remplacer les projecteurs par des pots de peinture : mélanger des pigments suit un autre mécanisme.
Quel est le rôle d'un filtre coloré ?
Définition
Filtre coloré : Un filtre coloré transmet certaines composantes de la lumière incidente et en absorbe d'autres. Un filtre rouge idéal laisse passer le rouge et absorbe les autres composantes du modèle étudié.
| Éclairage | Filtre idéal | Lumière transmise |
|---|---|---|
| Blanc | Rouge | Rouge |
| Rouge monochromatique | Rouge | Rouge, moins intense dans un montage réel |
| Bleu monochromatique | Rouge | Pratiquement aucune : le bleu est absorbé |
| Blanc | Vert | Vert |
Dire que le filtre « colore tout en rouge » conduit à une erreur. S'il reçoit uniquement une lumière bleue, il ne peut pas en fabriquer une rouge. Pour trouver la lumière sortante, cherche les couleurs présentes avant le filtre, puis conserve seulement celles qu'il transmet.
Pourquoi la couleur d'un objet dépend-elle de l'éclairage ?
Un objet opaque absorbe une partie de la lumière incidente et en diffuse une autre. Sous une lumière blanche, une feuille rouge diffuse surtout le rouge. Sous un éclairage rouge, elle reste claire et rouge. Sous un éclairage bleu, dans le modèle idéal, elle devient très sombre, car elle reçoit une couleur qu'elle absorbe largement. La couleur perçue dépend donc à la fois de l'objet et de l'éclairage.
Une affiche rouge et blanche
Une affiche comporte des lettres rouges sur un fond blanc. On l'éclaire uniquement en rouge. Que deviennent les deux zones ?
- Le fond blanc diffuse les composantes disponibles : ici, il diffuse du rouge.
- Les lettres rouges diffusent elles aussi du rouge.
- Les deux zones peuvent alors être difficiles à distinguer. Leur luminosité exacte dépend des matériaux ; on ne prétend pas qu'elles deviennent parfaitement identiques.
Un objet blanc diffuse une grande partie des composantes visibles qu'il reçoit. Un objet noir en absorbe une grande partie et en diffuse peu. Le blanc et le noir ne s'interprètent donc pas comme deux bandes supplémentaires du spectre. Pour un objet transparent coloré, on raisonne d'abord sur la lumière transmise, comme pour un filtre.
Quelle méthode utiliser pour les exercices de couleurs ?
Méthode
Raisonner sur les composantes disponibles
- Écrire les composantes de l'éclairage donné.
- Pour un filtre, garder les composantes transmises ; pour un objet, garder celles qu'il diffuse.
- Identifier la lumière qui parvient finalement à l'œil ou à l'écran.
- Préciser si la réponse utilise un filtre ou un objet idéal.
Attention
Ne regarde jamais le Soleil à travers un prisme, un filtre coloré ou une lentille. Un filtre de couleur ordinaire n'est pas une protection solaire.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la dispersion de la lumière blanche en 2AC ?
Quelle différence entre dispersion et synthèse de la lumière ?
Un filtre rouge transforme-t-il une lumière bleue en rouge ?
Pourquoi un objet change-t-il de couleur sous une autre lampe ?
Quiz : 12 questions sur ce chapitre
12 questions tirées au hasard parmi les 12 de ce chapitre : le quiz est différent à chaque visite. Une seule réponse est correcte, et vous voyez immédiatement si la vôtre l'est.
Q1Quel objet permet de disperser la lumière blanche ?
Réponse incorrecte
Le prisme dévie différemment les composantes de la lumière blanche et les sépare.
Bonne réponse : Un prisme
Le prisme dévie différemment les composantes de la lumière blanche et les sépare.
Q2Le spectre de la lumière blanche est…
Réponse incorrecte
Les teintes se succèdent progressivement, sans se limiter à quelques couleurs isolées.
Bonne réponse : continu
Les teintes se succèdent progressivement, sans se limiter à quelques couleurs isolées.
Q3Dans un prisme de verre ordinaire, quelle couleur est la plus déviée parmi ces choix ?
Réponse incorrecte
Le violet est davantage dévié que le rouge lors de la dispersion dans ce prisme.
Bonne réponse : Le violet
Le violet est davantage dévié que le rouge lors de la dispersion dans ce prisme.
Q4Une lumière monochromatique comporte…
Réponse incorrecte
Le préfixe mono indique une seule composante spectrale dans le modèle étudié.
Bonne réponse : une seule couleur spectrale
Le préfixe mono indique une seule composante spectrale dans le modèle étudié.
Q5Que transmet un filtre vert idéal éclairé en blanc ?
Réponse incorrecte
Le filtre vert sélectionne le vert présent dans la lumière blanche et absorbe d'autres composantes.
Bonne réponse : Le vert
Le filtre vert sélectionne le vert présent dans la lumière blanche et absorbe d'autres composantes.
Q6Un filtre rouge idéal reçoit uniquement du bleu. Après le filtre, on obtient…
Réponse incorrecte
Le filtre absorbe le bleu et ne crée pas de rouge qui n'était pas présent.
Bonne réponse : pratiquement aucune lumière
Le filtre absorbe le bleu et ne crée pas de rouge qui n'était pas présent.
Q7En synthèse additive, rouge et vert peuvent donner…
Réponse incorrecte
Deux faisceaux rouge et vert superposés avec des intensités adaptées donnent une sensation de jaune.
Bonne réponse : du jaune
Deux faisceaux rouge et vert superposés avec des intensités adaptées donnent une sensation de jaune.
Q8Quelle superposition additive peut produire du blanc ?
Réponse incorrecte
Le rouge, le vert et le bleu avec des intensités adaptées permettent de reconstituer du blanc.
Bonne réponse : Rouge, vert et bleu
Le rouge, le vert et le bleu avec des intensités adaptées permettent de reconstituer du blanc.
Q9Un objet blanc sous un éclairage bleu paraît généralement…
Réponse incorrecte
Il diffuse les composantes qu'il reçoit : sous cet éclairage, seule la composante bleue est disponible.
Bonne réponse : bleu
Il diffuse les composantes qu'il reçoit : sous cet éclairage, seule la composante bleue est disponible.
Q10Quelle phrase distingue correctement lumière et peinture ?
Réponse incorrecte
Superposer des lumières et mélanger des pigments ne suivent pas la même règle de couleurs.
Bonne réponse : La synthèse additive concerne des lumières superposées
Superposer des lumières et mélanger des pigments ne suivent pas la même règle de couleurs.
Q11Un objet noir reçoit de la lumière blanche. Il en…
Réponse incorrecte
Une surface noire absorbe une grande partie de la lumière reçue et en diffuse peu.
Bonne réponse : absorbe une grande partie
Une surface noire absorbe une grande partie de la lumière reçue et en diffuse peu.
Q12Quel facteur intervient dans la couleur apparente d'un objet ?
Réponse incorrecte
La lumière qui atteint l'œil dépend à la fois de l'éclairage et des propriétés de l'objet.
Bonne réponse : L'éclairage et les composantes diffusées
La lumière qui atteint l'œil dépend à la fois de l'éclairage et des propriétés de l'objet.
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Le chapitre est à revoir en entier
Ne recommencez pas le quiz tout de suite : relisez d'abord tout le cours, en refaisant sur votre cahier chaque exemple guidé au lieu de le lire. Enchaînez avec les exercices « facile », correction masquée, puis revenez ici. C'est en une seule séance de travail que la note change.
À revoir : 12 questions manquées
Quel objet permet de disperser la lumière blanche ?
Bonne réponseUn prisme
Le prisme dévie différemment les composantes de la lumière blanche et les sépare.
Le spectre de la lumière blanche est…
Bonne réponsecontinu
Les teintes se succèdent progressivement, sans se limiter à quelques couleurs isolées.
Dans un prisme de verre ordinaire, quelle couleur est la plus déviée parmi ces choix ?
Bonne réponseLe violet
Le violet est davantage dévié que le rouge lors de la dispersion dans ce prisme.
Une lumière monochromatique comporte…
Bonne réponseune seule couleur spectrale
Le préfixe mono indique une seule composante spectrale dans le modèle étudié.
Que transmet un filtre vert idéal éclairé en blanc ?
Bonne réponseLe vert
Le filtre vert sélectionne le vert présent dans la lumière blanche et absorbe d'autres composantes.
Un filtre rouge idéal reçoit uniquement du bleu. Après le filtre, on obtient…
Bonne réponsepratiquement aucune lumière
Le filtre absorbe le bleu et ne crée pas de rouge qui n'était pas présent.
En synthèse additive, rouge et vert peuvent donner…
Bonne réponsedu jaune
Deux faisceaux rouge et vert superposés avec des intensités adaptées donnent une sensation de jaune.
Quelle superposition additive peut produire du blanc ?
Bonne réponseRouge, vert et bleu
Le rouge, le vert et le bleu avec des intensités adaptées permettent de reconstituer du blanc.
Un objet blanc sous un éclairage bleu paraît généralement…
Bonne réponsebleu
Il diffuse les composantes qu'il reçoit : sous cet éclairage, seule la composante bleue est disponible.
Quelle phrase distingue correctement lumière et peinture ?
Bonne réponseLa synthèse additive concerne des lumières superposées
Superposer des lumières et mélanger des pigments ne suivent pas la même règle de couleurs.
Un objet noir reçoit de la lumière blanche. Il en…
Bonne réponseabsorbe une grande partie
Une surface noire absorbe une grande partie de la lumière reçue et en diffuse peu.
Quel facteur intervient dans la couleur apparente d'un objet ?
Bonne réponseL'éclairage et les composantes diffusées
La lumière qui atteint l'œil dépend à la fois de l'éclairage et des propriétés de l'objet.
Exercices corrigés
10 exercices classés du plus simple au plus difficile. Cherchez d'abord seul, puis révélez la correction rédigée étape par étape.
Exercice 1
FacileUn prisme transforme une tache blanche en bande multicolore sur un écran. Nommer le phénomène et le résultat observé.
Correction
Le phénomène est la dispersion. La bande est le spectre de la lumière blanche, constitué d'une succession continue de couleurs.
Exercice 2
FacileReplacer du rouge vers le violet : bleu, orange, vert, rouge, violet, jaune.
Correction
L'ordre est rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet. Ces noms sont des repères dans un spectre continu.
Exercice 3
FacileUne lumière monochromatique verte traverse un prisme. Obtient-on toutes les couleurs ?
Correction
Non. Le faisceau vert peut changer de direction, mais il ne donne pas un spectre multicolore : une seule composante est présente.
Exercice 4
MoyenDécrire le rôle d'un filtre rouge idéal éclairé en blanc : que transmet-il et qu'absorbe-t-il ?
Correction
Il transmet la composante rouge et absorbe les autres composantes du modèle. La lumière émergente est rouge.
Exercice 5
MoyenOn remplace l'éclairage précédent par un faisceau bleu monochromatique. Prévoir l'aspect de l'écran derrière le filtre rouge idéal.
Correction
L'écran est sombre. Le filtre absorbe le bleu reçu et ne peut pas créer une composante rouge absente de l'éclairage.
Exercice 6
MoyenUn projecteur rouge et un projecteur bleu éclairent une zone commune d'un écran blanc avec des intensités adaptées. Quelle couleur y observe-t-on ?
Correction
La zone commune paraît magenta par synthèse additive du rouge et du bleu. Les zones éclairées par un seul projecteur gardent sa couleur.
Exercice 7
MoyenDans le modèle idéal, un cahier vert diffuse le vert et absorbe le rouge et le bleu. Comment paraît-il sous une lumière rouge seule ?
Correction
Il paraît très sombre : il absorbe la lumière rouge reçue. Il ne dispose d'aucune lumière verte à diffuser.
Exercice 8
DifficileUne lumière blanche traverse un filtre rouge idéal, puis un filtre bleu idéal. Prévoir la lumière après chacun.
Correction
Après le premier filtre, il reste du rouge. Le second filtre absorbe ce rouge et ne reçoit pas de bleu à transmettre : il ne reste pratiquement aucune lumière.
Exercice 9
DifficileSous le même éclairage monochromatique, une feuille blanche paraît verte et une feuille rouge idéale paraît noire. Quel éclairage convient à ces observations ?
Correction
Un éclairage vert convient. La feuille blanche diffuse le vert disponible ; la feuille rouge idéale absorbe ce vert et devient sombre. Il faut préciser l'éclairage monochromatique pour conclure ainsi.
Exercice 10
DifficileUn élève écrit : « Le prisme fabrique sept couleurs et un filtre rouge change toute lumière en rouge. » Corriger les deux propositions.
Correction
Le prisme sépare des composantes déjà présentes dans la lumière blanche ; le spectre est continu. Le filtre rouge sélectionne surtout le rouge reçu et absorbe d'autres composantes ; il ne fabrique pas du rouge à partir d'une lumière bleue seule.