Couleur des objets

L'influence de la lumière sur la couleur des objets

Le premier facteur qui influe sur la couleur d'un objet est la lumière utilisée pour éclairer l'objet.

Source de lumière

La source de lumière joue un rôle primordiale en ce qui concerne la couleur des objets car elle détermine les couleurs que l'on peut voir. En effet, si l'on éclaire un objet avec de la lumière qui contient uniquement du rouge, alors il ne sera pas possible de voir un objet bleu. On peut voir différentes variantes de rouge, plus ou moins sombres, mais aucun objet ne va paraître ni bleu ni vert.

La lumière blanche a un statut particulier. Newton, le père de la mécanique, montra que la lumière du Soleil est composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Pour cela, il utilisa un prisme, afin de disperser la lumière en toutes ses couleurs et faire apparaître son spectre.

Spectre

Il y a différentes situations où l'on peut voir le spectre de la lumière du Soleil. La plus connue est sans doute l'arc-en-ciel, qui apparaît lors de conditions météorologiques bien particulières. Mais on peut également utiliser un prisme en verre comme a fait Newton. Parfois, de simples vitres d'une voiture ou des verres de lunettes suffisent, même une simple tâche d'huile sur le sol permet de voir les différentes couleurs contenues dans la lumière du Soleil.

Figure 1 - Un prisme en verre permet de décomposer la lumière blanche en toutes les couleurs du spectre de la lumière.

Couleur et lumière

Le blanc est une couleur à part entière. Si on prend une autre couleur que le blanc comme par exemple le rouge, il est possible de l'obtenir de deux façons très différentes.

Lors d'un feu de camp, les braises au centre du foyer sont rouges. De même, si l'on place un morceau de fer dans le feu pendant suffisamment longtemps, celui-ci commencera aussi à émettre de la lumière rouge. Sauf que cette lumière qui émane d'un objet chaud contient en fait de nombreuses fréquences différentes. C'est ce qu'on appelle le rayonnement du corps noir. La lumière paraît rouge parce que la braise émet plus de rouge que n'importe quelle autre couleur. Mais il y a quand même de l'orange et même du vert contenu dans cette lumière.

Un autre mécanisme tout à fait différent existe pour obtenir de la lumière rouge. Il s'agit du principe du laser ou des néons. Dans ces cas-là, la lumière émise ne contient pas une infinité de couleurs mais seulement un certains nombres de fréquences bien spécifiques. Si on décompose la lumière en son spectre à l'aide d'un prisme, on ne verra pas tout une partie de l'arc-en-ciel mais seulement un certain nombre de raies distinctes, comme dans la figure 2.

Figure 2 - Spectre discret obtenu par un néon. On voit un certain nombre de raies, principalement dans le rouge et l'orange, ce qui donne la couleur que l'on perçoit du néon, bien qu'il y ait également une composante verte.

Il est même possible de faire du rouge avec seulement une ou deux raies rouges. Clairement, si on éclaire un objet avec une telle lumière, on ne pourra jamais voir autre chose que du rouge. Le blanc par contre, n'existe pas comme raie unique. Il n'y a pas de fréquence lumineuse ou de raie qui correspond au blanc. Pour voir du blanc, il faut absolument la présence de tout un tas de différentes couleurs réunies. C'est pourquoi on disait plus haut que le blanc est spécial.

Absorption de la lumière

Le deuxième paramètre qui influe sur les couleurs que l'on voit est l'objet qui est éclairé. De la même façon que les atomes du gaz à l'intérieur d'un néon ou d'un laser absorbent certaines fréquences bien spécifiques, tous les objets qui nous entourent ont tendance à absorber certaines fréquences plus que d'autres. C'est ce qui donne leur couleur.

Objet transparent

Certains objets sont transparents, comme par exemple les bouteilles en verre. Celles-ci laissent passer la lumière visible. Ainsi, on peut voir à travers. En réalité, le verre absorbe certaines fréquences électromagnétiques, notamment dans l'ultraviolet. C'est pour cela qu'on est beaucoup moins susceptible d'attraper un coup de soleil derrière une baie vitrée que lorsqu'on est exposée directement à la lumière du Soleil. Mais pour notre œil, toute la lumière visible traverse le verre donc on dit que c'est un objet transparent.

Objet opaque

Un objet opaque, quant à lui, ne laisse pas la lumière le traverser, il l'absorbe. Ensuite, il en réémet une partie dans toutes les directions. C'est justement son spectre d'absorption, c'est-à-dire les fréquences qu'il réémet, qui déterminent la couleur de l'objet. En figure 3, on peut voir une compilation de fleurs différentes. Elles ont toutes une forme particulière mais également une couleur spécifique qui dépend de quelles fréquences sont complètement absorbées et quelle fréquences sont réémises.

Figure 3 - Chaque fleur a son propre spectre d'absorption qui détermine les fréquences qui sont réémises et donc la couleur que l'on observe.

Diffusion de la lumière

Une fois qu'un objet a absorbé de la lumière, il diffuse certaines fréquences dans toutes les directions. L'ensemble des fréquences émise par un objet en particulier détermine la couleur que l'on voit. Notre œil fait une synthèse des différentes fréquences et notre cerveau interprète cette information de telle sorte que l'on voit une couleur.

Ainsi, le troisième paramètre qui influe sur la perception de la couleur est l’œil ou l'appareil captant la lumière. Deux yeux différents ne voient peut-être pas exactement de la même façon. Certaines personnes ont des déficits visuels qui font qu'elles ne perçoivent pas correctement toutes les couleurs. Des animaux comme les abeilles voient davantage de couleurs que les hommes.

Pigments

Ce qui va nous intéresser pour le reste de ce résumé de cours est intimement lié à la chimie que fait notre œil pour extraire une couleur de l'ensemble des fréquences qui lui parviennent. La question qu'il nous reste à traiter concerne le traitement des couleurs et plus particulièrement la synthèse ou combinaison des couleurs. On en revient à l'expérience initiale de l'enfant qui mélange ses peintures. Il y a certains pigments dans les peintures et que se passe-t-il si on les combine ensemble ? Ceci nous va nous amener à faire la distinction entre la synthèse soustractive et la synthèse additive.

Synthèse des couleurs

Pour étudier la synthèse des couleurs, on prend en général trois couleurs de base que l'on combine de différentes façons. Prenons de façon conventionnelle le rouge, le vert et le bleu (RGB).

Synthèse additive

Prenons la synthèse additive. C'est ce qui se cache derrière ton écran d'ordinateur ou de portable. Tu es capable de voir des vidéos et photos avec toutes sortes de couleurs. Pourtant, l'écran n'envoie que trois couleurs différentes. Mais comme il peut les envoyer en quantités différentes, cela permet de recréer toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

Comme l'illustre la figure 4, si tu envoies une quantité équivalente de rouge et de vert, la lumière résultante sera jaune. Le vert et le bleu donne du cyan, et le bleu et le rouge donne du magenta. Si on mélange les trois couleurs en quantité équivalente, alors on obtient du blanc.

Figure 4 - Synthèse additive des couleurs. C'est ce mécanisme qui permet aux écrans d'ordinateur et de téléphone de présenter toutes les couleurs à partir de seulement trois couleurs de base (RGB).

Synthèse soustractive

Maintenant, passons à la synthèse soustractive. C'est ce principe qui est utilisé pour les imprimantes couleurs. Elles sont capables de t'imprimer des photos avec toutes sortes de couleurs. Pourtant, elles n'utilisent que trois couleurs de base.

Disons que l'on ait trois pigments différents :

- Le premier n'absorbe que le rouge donc il réémet le vert et le bleu, ce qui lui donne une couleur cyan ;

- Le deuxième n'absorbe que le vert donc il émet le bleu et le rouge et a une couleur magenta ;

- Le troisième n'absorbe que le bleu donc il émet le vert et le rouge et a une couleur jaune.

Figure 5 - Synthèse soustractive des couleurs. C'est ce mécanisme qui permet aux imprimantes de reproduire des photos avec des couleurs complexes. C'est également ce principe qui intervient lorsqu'un enfant mélange des peintures de différentes couleurs.

Combinons ces pigments de différentes manières :

- Si l'on combine le pigment magenta avec le pigment jaune, les deux pigments ensemble absorbent le vert et le bleu et ne réémettent que le rouge. Le mélange des deux a donc une couleur rouge ;

- Si l'on combine le pigment jaune avec le pigment cyan, le mélange absorbe le bleu et le rouge mais prend une couleur verte ;

Si l'on combine le pigment cyan avec le pigment magenta, le mélange absorbe le rouge et le vert mais prend une couleur bleue.

Si l'on combine les trois pigments, alors les trois couleurs de base sont absorbées et il ne reste plus rien, c'est-à-dire le noir. Le noir a comme le blanc un statut particulier. Aucune fréquence spécifique ne correspond au noir, le noir c'est l'absence même de couleur, il est donc à l'opposé du blanc qui vient de l'union de toutes les couleurs.