Chapitre 17


Cours




3
La couleur des objets


B
Perception des couleurs par un être humain

L’œil d’un observateur reçoit des objets la lumière diffusée ou la lumière transmise. Cette lumière colorée est donc composée a priori des trois couleurs primaires de la lumière (synthèse additive) que sont le bleu, le vert et le rouge.

Dans l’œil, deux types de cellules permettent de discerner la couleur des objets : les cônes qui détectent les couleurs et les bâtonnets qui sont sensibles à l’intensité lumineuse (mais pas aux couleurs).

Il existe trois types de cônes et chacun d’eux est sensible à une des trois couleurs primaires des lumières : le bleu, le vert et le rouge (doc. 8).

L’œil humain est sensible à trois couleurs : c’est le principe de la vision trichromatique. Par synthèse additive de ces trois couleurs, l’œil peut voir toutes les autres couleurs.

Application

Une personne daltonienne a un ou plusieurs cônes qui ne fonctionnent pas, ou mal.

Si le cône détectant le rouge ne fonctionne pas, elle ne peut pas voir cette couleur et ne peut pas observer le 5 sur le doc. 9.

C
Couleur réelle d’un objet

La couleur d’un objet dépend de deux paramètres : la couleur de la lumière incidente et la vision de l’observateur.

Exemple : un objet peut être vu cyan éclairé en lumière blanche mais noir lorsqu’il est éclairé en lumière rouge.

On parle de la couleur réelle d’un objet lorsqu’il est éclairé par une lumière blanche et vu par une personne dont l’œil est sensible aux trois couleurs primaires.

Éviter les erreurs

Un objet absorbe sa couleur complémentaire, celle qui est à l’opposé dans le cercle chromatique.

Ne pas confondre diffusion et réflexion : la lumière n’est réfléchie que dans une direction alors qu’elle est diffusée dans toutes les directions.

Doc. 8
Sensibilité des cônes de l’œil

Sensibilité des cônes de l’œil

Doc. 9
Quel chiffre observez-vous ?

Exemple de test (d’Ishihara) pour déceler les formes de daltonisme
Exemple de test (d’Ishihara) pour déceler les formes de daltonisme.

Doc. 7
Couleur perçue d'un objet

Couleur perçue d'un objet

A
Interaction entre la lumière et l’objet

Selon leurs caractéristiques et leur nature, les objets ne réagissent pas de la même façon à une lumière incidente (doc. 7).

Lorsqu’un objet reçoit une lumière incidente, il peut :
  • la transmettre : l’objet est donc traversé par cette lumière ;
  • l’absorber : l’objet absorbe la lumière ;
  • la diffuser : l’objet renvoie la lumière dans toutes les directions.

Dans la majorité des cas, les trois phénomènes se produisent simultanément. En effet, une partie de la lumière peut être absorbée par l’objet, une autre partie peut être transmise.

Un objet coloré absorbe sa couleur complémentaire.

Exemple : un objet rouge absorbe sa couleur complémentaire, le cyan. Un objet rouge éclairé avec une lumière cyan apparaîtra donc noir.

1
Relations des lentilles convergentes


B
Relations de conjugaison et de grandissement

Ces relations permettent de déterminer mathématiquement la position et la taille de l’image d’un objet par une lentille mince convergente.

  • La relation de conjugaison permet de déterminer la position A\mathrm{A}^{\prime} de l’image en connaissant la position A\text{A} de l’objet et la distance focale f=OFf^{\prime}=\overline{\mathrm{OF}^{\prime}} de la lentille :
    1OA1OA=1OF=1f\dfrac{1}{\overline{\mathrm{OA}^{\prime}}}-\dfrac{1}{\overline{\text{OA}}}=\dfrac{1}{\overline{\text{OF}^{\prime}}}=\dfrac{1}{f^{\prime}}.

  • La relation de grandissement permet de déterminer la taille et le sens de l’image à partir de la taille et du sens de l’objet :
    γ=ABAB=OAOA\gamma=\dfrac{\overline{\text{A}^{\prime} \text{B}^{\prime}}}{\overline{\text{AB}}}=\dfrac{\overline{\text{OA}^{\prime}}}{\overline{\text{OA}}} (γ\gamma est sans unité).

Remarque : La relation de conjugaison est aussi appelée relation de Descartes.

Éviter les erreurs

Bien écrire les valeurs algébriques des grandeurs (positives ou négatives) et être vigilant aux signes des valeurs numériques dans les calculs.

Vérifier que les valeurs algébriques ont été converties en mètre dans la relation de conjugaison.

Doc. 3
Image virtuelle

Vue au travers d’une loupe
Vue au travers d’une loupe, l’image est virtuelle.

Doc. 1
Les conventions d’orientation des axes

Les conventions d’orientation des axes
O\text{O} est pris pour origine.

A
Conventions

Dans le modèle des lentilles minces, on note OA\overline{\mathrm{OA}} la position de l’objet par rapport à la lentille et OA\overline{\mathrm{OA}^{\prime}} la position de l’image par rapport à la lentille : ce sont des valeurs algébriques, dont la valeur numérique peut être positive ou négative selon l’orientation de l’axe.

L’axe optique de la lentille est orienté par convention de gauche à droite. En se référant aux positions du schéma du doc. 1, on constate donc que :
OA<0\overline{\mathrm{OA}}\lt0 m, AO>0\overline{\mathrm{AO}}>0 m et OA>0.\overline{\mathrm{OA}^{\prime}}>0.

De la manière, l’axe vertical est orienté par convention vers le haut pour l’étude des mesures algébriques de l’objet AB\overline{\mathrm{AB}} et de son image AB.\overline{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}}. Toutes ces grandeurs algébriques s’expriment en mètre.

Doc. 2
Image réelle

Image d'un plat sur un appareil photo
L’objet et l’image sont de part et d’autre de la lentille optique de l'appareil.

Pas de malentendu

Ne pas confondre le grandissement avec la notion de zoom. Un zoom ×\times2 signifie que l’image de départ est agrandie deux fois, quelle que soit la distance entre l’objet et la lentille de l’appareil. Le grandissement γ\gamma dépend de la distance à laquelle se trouve l’objet et de la distance focale de la lentille.

C
Caractéristiques de l’image

Une image est réelle si elle est observable sur un écran (doc. 2).

Elle se situe alors dans l’espace image, c’est-à-dire à droite de la lentille sur un schéma normalisé.

Une image est virtuelle si elle ne peut être observée qu’à travers le système optique, par exemple la loupe (doc. 3).

L’image se situe alors dans l’espace objet, c’est-à-dire à gauche de la lentille sur un schéma normalisé.


Le grandissement apporte des informations sur l’image formée :

γ>0 \gamma>0  γ<0\gamma\lt0  γ>1|\gamma|>1  γ<1|\gamma|\lt1 
Image droite (dans
le sens de l’objet)
Image renversée
Image plus grande
que l’objet
Image plus petite
que l’objet

2
Obtenir des couleurs


Doc. 5
Cercle chromatique

Cercle chromatique

Les procédés de synthèse additive et soustractive reposent sur la struture de l'œil humain. Celui-ci perçoit les couleurs grâce à des récepteurs appelés cônes. Il en existe trois types, chacun d'entre eux étant sensible à une longueur d'onde de lumière particulière.

A
Synthèse additive

La synthèse additive est le procédé de superposition de trois lumières colorées permettant d’obtenir une infinité d’autres.

Synthèse additive

Lorsque des faisceaux de lumière sont superposés, on obtient d’autres couleurs par synthèse additive.

Avec cette méthode, seules trois couleurs suffisent à générer l’ensemble des couleurs : le bleu, le rouge et le vert. On les appelle couleurs primaires.


Les trois luminophores des pixels d’un écran plat, par exemple, permettent de composer toutes les couleurs par la variation de luminosité de chacun selon les principes de la synthèse additive (doc. 4).

Doc. 6
Les couleurs en peinture

Les couleurs en peinture

La peinture est une application directe de la synthèse soustractive : un mélange bien dosé de couleurs aboutit à une peinture noire.

Application

L’imprimante à jet d’encre utilisée quotidiennement est une application directe de la synthèse soustractive.

À partir d’une feuille blanche l’imprimante dépose des pellicules de couleurs primaires (cyan, magenta ou jaune) qui vont absorber les couleurs.

Si les trois couleurs primaires sont déposées sur la feuille alors toutes les couleurs sont absorbées et il ne reste plus aucune couleur apparente sur la feuille : le rendu final d'impression donne du noir.

Éviter les erreurs

Ne pas confondre les deux synthèses, il faut identifier le contexte pour utiliser le bon moyen de superposer les couleurs ou de les soustraire.

Doc. 4
Zoom sur un écran de téléphone

Zoom sur un écran de téléphone
Cet écran émet une lumière blanche.

B
Synthèse soustractive

La synthèse soustractive est le procédé de superposition de pigments colorés pour obtenir plusieurs couleurs.

La synthèse soustractive utilise des filtres colorés pour absorber la lumière. Trois filtres colorés permettent d’absorber toutes les autres couleurs : ce sont les couleurs primaires de la synthèse soustractive, le cyan, le jaune et le magenta.

Synthèse soustractive

Les résultats de la synthèse soustractive peuvent apparaître dans un schéma qui fait apparaître les couleurs secondaires (bleu, vert et rouge).

La synthèse soustractive est utilisée pour les peintures (doc. 6), les encres, etc., soit toutes les matières colorées.
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