Exercices corrigés — La couleur des objets
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L’écran de ton téléphone, les encres d’une imprimante et les projecteurs d’une salle de concert produisent des couleurs, mais pas de la même façon. Ce chapitre donne les deux modèles qui permettent de les prévoir, la synthèse additive et la synthèse soustractive, et une règle pour la couleur des objets : un objet ne renvoie que des radiations présentes dans la lumière qui l’éclaire. La même idée sert aussi en chimie, pour expliquer la couleur d’une solution. Les trois premiers exercices vérifient que le cours est compris, sans calcul : deux quiz et un texte à trous, corrigés dès que tu valides. Les deux suivants sont des situations de contrôle, avec un corrigé rédigé comme au tableau.
Des lumières qui s’ajoutent, des matières qui retranchent
La synthèse additive
Des lumières qui se superposent : projecteurs, pixels d’un écran. Les radiations s’ajoutent.
rouge + vert + bleu = blanc
Deux lumières complémentaires donnent du blanc : rouge et cyan, vert et magenta, bleu et jaune.
Trois lumières suffisent aux écrans : la rétine possède trois types de cônes, sensibles au bleu, au vert ou au rouge. C’est la trichromie.
La synthèse soustractive
Des matières qui absorbent : encres, peintures, filtres. Chacune retire des radiations à la lumière.
cyan + magenta + jaune = noir
Le cyan absorbe le rouge, le magenta absorbe le vert, le jaune absorbe le bleu.
Un filtre transmet les radiations de sa couleur et absorbe les autres. Après plusieurs filtres, il ne reste que les radiations transmises par chacun.
La couleur perçue d’un objet
Un objet opaque absorbe une partie des radiations qu’il reçoit et diffuse les autres : on le voit de la couleur de la lumière diffusée. Un objet transparent, comme un filtre, transmet les radiations de sa couleur.
Exemple. Une tomate éclairée en lumière blanche reçoit du rouge, du vert et du bleu. Elle absorbe le vert et le bleu, et diffuse le rouge : elle paraît rouge.
Un objet ne peut renvoyer que des radiations présentes dans la lumière qui l’éclaire. S’il n’en reçoit aucune qu’il diffuse, il paraît noir.
Avant de te lancer : pour les exercices 4 et 5, cherche au brouillon avant d’ouvrir le corrigé : c’est en te trompant que tu progresses. Les exercices réussis se cochent au fur et à mesure, et la page retient où tu en es.
Lumières ou matières ?
★★★Quiz : synthèse additive et choix du modèle
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Juste. La bonne réponse : Blanche. On superpose des lumières : c'est la synthèse additive, les radiations s'ajoutent. La lumière jaune du projecteur contient du rouge et du vert ; avec le bleu, la zone reçoit les trois lumières primaires, rouge, verte et bleue, ce qui donne du blanc si les deux lumières sont bien dosées. Le bleu et le jaune sont des lumières complémentaires. Répondre « verte », c'est raisonner comme avec de la peinture, alors qu'il s'agit ici de lumières.
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Juste. La bonne réponse : Le rouge et le vert. Un écran produit ses couleurs par synthèse additive. Le jaune s'obtient en superposant du rouge et du vert : le pixel allume ces deux sous-pixels et laisse le bleu éteint. Vus de loin, les sous-pixels se confondent et l'œil perçoit du jaune. Les trois allumés à pleine intensité donneraient du blanc.
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Juste. La bonne réponse : Une imprimante dépose des encres sur une feuille blanche. Les encres ne produisent pas de lumière : chacune absorbe une partie des radiations de la lumière qui éclaire la feuille. C'est la synthèse soustractive, dont les primaires sont le cyan, le magenta et le jaune. L'écran et les projecteurs, eux, émettent des lumières qui s'ajoutent : c'est la synthèse additive.
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Juste. La bonne réponse : Parce que la rétine possède trois types de cônes, sensibles au bleu, au vert ou au rouge. C'est la trichromie : la rétine possède trois types de cônes, et chaque type réagit surtout à une partie du spectre, côté bleu, vert ou rouge. Le cerveau compare leurs trois réponses pour construire la couleur. En dosant trois lumières, l'écran règle ces trois réponses et produit ainsi de nombreuses couleurs. La lumière blanche, elle, contient toutes les radiations du visible, et l'œil distingue bien plus de trois couleurs.
Ce que l'objet fait de la lumière
★★★Quiz : absorption, diffusion, transmission
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Juste. La bonne réponse : La diffusion. La tomate est opaque : la lumière ne la traverse pas, elle ne transmet donc rien. Sa peau absorbe le vert et le bleu, et renvoie le rouge dans toutes les directions : c'est la diffusion. C'est pour cela qu'on la voit rouge d'où qu'on la regarde.
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Juste. La bonne réponse : Le bleu. Un objet a la couleur de la lumière qu'il diffuse. Le jaune est la superposition du rouge et du vert : la banane diffuse le rouge et le vert, et absorbe le bleu. Un objet n'absorbe pas la couleur qu'on lui voit, il la renvoie.
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Juste. La bonne réponse : Cyan. Une feuille blanche diffuse toutes les radiations qu'elle reçoit. La lumière cyan ne contient que du vert et du bleu : la feuille diffuse ce vert et ce bleu, et paraît cyan. Elle ne paraît blanche que si la lumière qui l'éclaire est blanche.
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Juste. La bonne réponse : Aucune lumière : l'écran reste sombre. Chaque filtre retire des radiations : c'est la synthèse soustractive. Le filtre rouge ne laisse passer que le rouge, et le filtre vert absorbe ce rouge. Plus rien ne traverse les deux filtres. « Rouge + vert = jaune » vaut seulement quand on superpose deux lumières, en synthèse additive.
Le chapitre en un paragraphe
★★★Le cours en un texte à trous
La lumière blanche contient toutes les radiations du visible . Quand on superpose des lumières colorées, leurs radiations s'ajoutent : c'est la synthèse additive , celle des écrans. Superposées, les lumières rouge, verte et bleue donnent du blanc . Une encre ou un filtre absorbe une partie des radiations qu'il reçoit : c'est la synthèse soustractive. Un filtre coloré transmet les radiations de sa couleur. Un objet opaque diffuse les radiations qu'il n'absorbe pas, et on le voit de la couleur de la lumière diffusée . Éclairé par une lumière qui ne contient aucune des radiations qu'il diffuse, il paraît noir .
Une lumière s'additionne, une matière retranche : encres, peintures, filtres et surfaces des objets absorbent une partie de la lumière qu'ils reçoivent. On voit un filtre de la couleur de la lumière qui le traverse : un filtre rouge transmet le rouge. Enfin, un objet éclairé ne produit pas de lumière : s'il ne reçoit aucune radiation qu'il peut diffuser, il ne renvoie rien et paraît noir.
Jaune et bleu, deux montages
★★★Superposer des lumières ou des filtres
Pour un spectacle, le technicien chargé des lumières dispose de projecteurs de lumière blanche, d’un écran blanc et de filtres colorés. Il réalise les deux montages ci-dessous avec un filtre jaune et un filtre bleu.
Montage 1 : deux projecteurs, un filtre chacun
Montage 2 : un projecteur, deux filtres l’un derrière l’autre
Données : on modélise la lumière blanche par la superposition de trois lumières : rouge, verte et bleue. L’écran blanc diffuse toutes les radiations qu’il reçoit. Le tableau indique les radiations que transmet chaque filtre du technicien ; un filtre absorbe toutes les autres.
| Filtre | Radiations transmises |
|---|---|
| rouge | le rouge |
| vert | le vert |
| bleu | le bleu |
| jaune | le rouge et le vert |
| cyan | le vert et le bleu |
| magenta | le rouge et le bleu |
- Dans le montage 1, quelles radiations contient chacun des deux faisceaux qui sortent des filtres ?
- Dans ce même montage 1, les deux faisceaux se superposent sur l’écran. Quelles radiations reçoit la zone éclairée par les deux faisceaux ? De quelle couleur paraît-elle ? Quel modèle as-tu utilisé ?
- Dans le montage 2, les deux filtres sont placés l’un derrière l’autre devant le même projecteur. Quelles radiations arrivent sur l’écran ? Quel modèle as-tu utilisé ?
- Le technicien garde le filtre jaune dans le montage 2 et remplace le filtre bleu par un autre filtre du tableau, pour éclairer l’écran en vert. Quels filtres conviennent ?
Voir le corrigé
1. Un filtre transmet les radiations de sa couleur et absorbe les autres. Le filtre jaune transmet le rouge et le vert : le premier faisceau contient des radiations rouges et vertes, c’est une lumière jaune. Le filtre bleu ne transmet que le bleu : le second faisceau ne contient que des radiations bleues.
2. Les deux faisceaux sont des lumières qui se superposent sur l’écran : on utilise la synthèse additive, les radiations s’ajoutent. La zone reçoit le rouge et le vert du premier faisceau, et le bleu du second :
L’écran diffuse toutes les radiations qu’il reçoit : la zone éclairée par les deux faisceaux paraît blanche. Le jaune et le bleu sont deux lumières complémentaires : superposées, elles donnent du blanc.
3. Cette fois, la lumière traverse les deux filtres l’un après l’autre, et chaque filtre retire des radiations : on utilise la synthèse soustractive.
- Après le filtre jaune, il reste le rouge et le vert ; le bleu est absorbé.
- Le filtre bleu absorbe le rouge et le vert : il ne reste aucune radiation.
Aucune radiation n’arrive sur l’écran, qui reste sombre.
Montage 1 : deux projecteurs, un filtre chacun
Montage 2 : un projecteur, deux filtres l’un derrière l’autre
4. Après le filtre jaune, il reste le rouge et le vert. Pour ne garder que le vert, le second filtre doit transmettre le vert et absorber le rouge. Deux filtres du tableau conviennent :
- le filtre vert, qui ne transmet que le vert ;
- le filtre cyan, qui transmet le vert et le bleu : le vert passe, et le bleu, déjà absorbé par le filtre jaune, n’arrive pas jusqu’à lui.
Les autres filtres ne conviennent pas : avec le filtre rouge ou le filtre magenta, il ne resterait que du rouge ; avec un second filtre jaune, la lumière resterait jaune ; avec le filtre bleu, rien ne passerait, comme à la question 3.
Réflexe à retenir : avant de raisonner, demande-toi si les couleurs viennent de lumières qui se superposent (synthèse additive) ou d’une lumière qui traverse des filtres (synthèse soustractive). Avec les deux mêmes filtres, on obtient ici du blanc dans un montage et aucune lumière dans l’autre.
La serre éclairée en rose
★★★Type contrôle, avec un spectre à exploiter
Dans certaines serres, des lampes à LED éclairent les plantes la nuit et donnent à toute la serre une teinte rose violacé. Le document ci-dessous est le spectre de la lumière émise par l’une de ces lampes.
Données :
- pour simplifier, on découpe le domaine visible en trois bandes : le bleu de à , le vert de à et le rouge de à ;
- en synthèse additive : rouge + vert = jaune ; rouge + bleu = magenta ; vert + bleu = cyan ; rouge + vert + bleu = blanc ;
- les chlorophylles, les pigments verts des feuilles, absorbent surtout les radiations bleues et rouges, et peu les radiations vertes ;
- un filtre vert transmet les radiations vertes et absorbe les autres.
- Relever, sur le document, la longueur d’onde de chacun des deux pics du spectre. À quelle bande de couleur appartient chacun d’eux ?
- Quel modèle permet de prévoir la couleur de la lumière émise par la lampe ? Quelle couleur prévoit-il ? Est-ce cohérent avec la teinte de la serre ?
- Expliquer pourquoi une feuille de laitue paraît verte lorsqu’elle est éclairée en lumière blanche.
- Prévoir la couleur perçue de cette feuille sous la lampe de la serre. Justifier.
- Pour vérifier la couleur des feuilles sans éteindre la lampe, un jardinier propose de les regarder à travers un filtre vert. Est-ce une bonne idée ? Que peut-il faire à la place ?
Voir le corrigé
1. Le spectre présente deux pics :
- le premier vers , entre et : c’est une radiation bleue ;
- le second vers , entre et : c’est une radiation rouge.
Pour lire la seconde valeur, on compte les petites graduations : chacune vaut , et le sommet du pic est une graduation après . Entre les deux pics, l’intensité est presque nulle : la lampe n’émet pratiquement pas de vert.
2. La lampe émet deux lumières, bleue et rouge, qui se superposent : on utilise la synthèse additive, les radiations s’ajoutent. D’après les données, rouge + bleu = magenta. Le magenta est un rose tirant sur le violet : la prévision est cohérente avec la teinte rose violacé de la serre.
3. Éclairée en lumière blanche, la feuille reçoit du rouge, du vert et du bleu. Ses chlorophylles absorbent surtout le bleu et le rouge, et peu le vert : la feuille diffuse surtout des radiations vertes. On voit un objet de la couleur de la lumière qu’il diffuse : la feuille paraît verte.
4. Sous la lampe, la feuille ne reçoit pratiquement que du bleu et du rouge, qu’elle absorbe en grande partie. Elle ne reçoit pratiquement pas de vert, la seule couleur qu’elle diffuse en quantité. Elle renvoie donc très peu de lumière vers l’œil : elle paraît très sombre, presque noire.
5. Ce n’est pas une bonne idée. Un filtre ne peut que retirer des radiations : le filtre vert absorbe le bleu et le rouge et ne transmet que le vert. Or la lampe n’émet pratiquement pas de vert : à travers le filtre, la feuille, comme le reste de la serre, paraîtrait noire. Pour voir la couleur des feuilles, il faut les éclairer avec une lumière qui contient du vert, par exemple en allumant une lampe blanche.
Pour aller plus loin : une plante ne peut utiliser pour sa photosynthèse que la lumière que ses pigments absorbent. Les chlorophylles absorbent surtout le bleu et le rouge : c’est l’une des raisons du choix de ces deux couleurs pour cette lampe.
Réflexe à retenir : pour prévoir la couleur perçue d’un objet, commence par la liste des radiations que contient la lumière qui l’éclaire. L’objet ne peut renvoyer que celles-là.
Les trois réflexes à retenir
- Lumières ou matières ? Choisis le modèle avant de raisonner. Des lumières qui se superposent (projecteurs, pixels) relèvent de la synthèse additive ; des encres, des peintures, des filtres ou la surface d’un objet relèvent de la synthèse soustractive.
- Raisonne radiation par radiation. Décompose la lumière en rouge, vert et bleu, barre ce qui est absorbé et garde ce qui reste : c’est la lumière transmise ou diffusée, et sa couleur.
- Un objet ne renvoie que ce qu’il reçoit. Sa couleur perçue dépend de l’éclairage : s’il ne reçoit aucune des radiations qu’il diffuse, il paraît noir. La carte en haut de page résume les deux synthèses et cette règle.
Revoir le cours
- La couleur des objets (1re)