I - Décomposition de la lumière blanche:

Faisons tomber un pinceau ( faisceau parallèle et de petite section ) de lumière blanche sur un prisme en verre.

On observe sur un écran une figure colorée appelée spectre lumineux.

Les 7 couleurs qui s'étalent sur l'écran sont dites couleurs de l'arc-en-ciel  et sont: le rouge, l'orangé, le jaune, le vert, le bleu, l'indigo et le violet.

La lumière blanche est un mélange de plusieurs radiations colorées.

Le spectre obtenu ici est un spectre continu d'émission:

Domaine visible.

II - Différents types de spectres et leur production:

 La position des raies spectrales, sombres ou brillantes, permet de connaître les substances chimiques qui les ont absorbées ou émises.

Cette branche de la Physique porte le nom de Spectroscopie.

C'est un outil fondamental en Astrophysique.

Spectre du Soleil et identification du magnésium, du sodium et de l'hydrogène:

D'autres radiations, invisibles à l'oeil humain, existent aussi.

Les rayons infra-rouges (IR), moins énergétiques que leurs homologues visibles, permettent de distinguer des personnes dans la nuit ou dissimulées.

Le corps humain, à une trentaine de degrés Celsius, émet de telles radiations et peut être décelé avec un récepteur sensible à ce type de rayons. Plus un corps est chaud, plus il émet des "infra-rouges"; ceci est nettement perceptible à une certaine distance d'un feu de cheminée, par exemple.

Les rayons ultra-violets (UV) sont plus énergétiques que ceux de la lumière visible et sont très nocifs.

Heureusement la couche d'ozone ( l'ozone est le trioxygène O₃ ) de l'atmosphère les arrête et a permis à la vie d'apparaître sur terre. la vie est née il y a 3,8 milliards d'années dans les eaux profondes des océans terrestres. certains rayons ultra-violets, non filtrés par l'atmosphère, provoquent une réaction photo-chimique de la peau ( bronzage ).

En fait, la lumière visible n'est qu'une toute petite partie de la fenêtre électromagnétique qui s'étend des rayons cosmiques aus ondes radio.

Fenêtre électromagnétique

On peut également décomposer la lumière avec un réseau. Un réseau est constitué de traits très fins, parallèles et très rapprochés (par exemple 528 traits par mm) gravés sur un support comme du verre.

Décomposition de la lumière par un disque compact

L'arc-en-ciel résulte de la décomposition de la lumière solaire par les goutelettes d'eau. Le centre de l'arc-en-ciel est opposé au Soleil

 Arc-en-ciel double: les couleurs sont inversées: le violet à l'intérieur pour le plus petit, le rouge à l'intérieur pour le second.

 Toute petite partie du spectre du Soleil ( de 430 à 440 nm)

Dans un spectre, qu'il soit du Soleil, d'une étoile, d'une planète..., la position des raies apporte des informations de la plus haute importance car la mesure des positions permet de savoir quels matériaux ont émis la lumière ou quels matériaux la lumière a traversé avant de parvenir dans nos instruments et sur nos récepteurs. La lumière véhicule des informations et la Spectroscopie a pour objet la détermination, à distance, des conditions physiques et chimiques qui règnent sur ou dans les astres. Un spectre est une carte d'identité des éléments qui ont émis ou absorbé la lumière.

Spectres de raies d'émission de l'azote atomique, de l'hélium, du fer et du calcium.

III - Synthèse additive des couleurs:

Expériences:

 Les résultats sont les suivants:

Voir une animation

On dit qu'il y a synthèse additive lorsqu'on superpose des lumières par exemple en faisant tomber en un même endroit plusieurs faisceaux colorés émanant de lampes de poche...

Mais la synthèse additive peut être également réalisée en mettant côte à côte des petites taches colorées et en les observant à distance suffisante pour que l'oeil ne puisse pas les séparer et pour que, de lui-même, il les mélange.

C'est de cette dernière façon que procède l'écran de télévision, tapissé d'une mosaïque de luminophores rectangulaires, rouges, verts et bleus: il ne faut pas regarder de trop près un écran de télévision.

La trame d'une photographie d'imprimerie est, elle-aussi, une juxtaposition de taches circulaires colorées et de grosseurs différentes que l'oeil mélange ce qui lui permet de restituer toutes les couleurs.

Les tableaux de maîtres pointillistes sont composés de minuscules points colorés de gouache...

3 couleurs suffisent donc pour obtenir du blanc mais aussi  n'importe quelle nuance d'une couleur donnée. C'est la trichromie.

Le rouge, le bleu et le vert sont les 3 couleurs primaires en synthèse additive. Le jaune, le magenta et le cyan sont des couleurs secondaires. On appelle couleur complémentaire d'une couleur secondaire, celle qu'il faut lui ajouter pour obtenir du blanc. Pour le jaune, la couleur complémentaire est le bleu. Pour le magenta c'est le vert et pour le cyan c'est le rouge.

IV - Synthèse soustractive des couleurs:  on procède par synthèse soustractive lorsqu'on mélange des gouaches, par exemple, ou lorsqu'on fait passer la lumière à travers plusieurs filtres successifs, ici filtres magenta, cyan et jaune:

Les résultats sont les suivants:

Voir une animation

V - Exercice récapitulatif:

Soit à déterminer la couleur perçue par l'oeil lorsque différents motifs colorés sont éclairés par différentes sources.

L'intérieur du tableau donne la couleur perçue.