La lumière blanche







Cours de physique niveau classe de première S, partie « Couleurs et images » (optique)

  1. Qu’est ce qu’une lumière blanche ?
  2. Les sources primaires de lumière blanche spectrale
  3. Synthèses additives et soustractives de la lumière blanche
    Synthèse par trichromie
    Le disque de Newton
    Sources secondaires
    Synthèse soustractive
  4. Objet éclairé par une lumière blanche
  5. Décomposition de la lumière blanche

Qu’est ce qu’une lumière blanche ?

Le premier critère pour la définir est « sensoriel »:

Une lumière est dite blanche si ,lorsqu’elle éclaire un objet blanc, ce dernier est bien perçu de cette couleur.

D’un point de vue physique une c’est une lumière polychromatique qui comporte tous les rayonnements électromagnétiques du spectre visible (soit environ l’intervalle allant d’une longueur d’onde de 400 nanomètres à 800 nanomètres). Il s’agit de la définition de la lumière spectrale blanche.

Une lumière est également perçue comme blanche si elle comporte des rayonnements de même intensité correspondant à chacune des couleurs primaires de la synthèse additive, à savoir des lumières colorées rouges, vertes et bleues.

Les sources primaires de lumière blanche spectrale

D’après sa définition une lumière blanche spectrale est un mélange de toute les lumières colorées en des proportions (intensités) équivalentes. Seules les sources dites chaudes peuvent émettre des lumières ayant ce type de spectre à condition que leur température soit adaptée (voir loi de Wien), cela peut être le cas pour les sources suivantes:

  • le soleil, les étoiles en général (bien que leur spectre soit amputé des raies d’absorption).
  • les lampes à incandescence.
  • toute matière portée à incandescence.

Synthèses additives et soustractives de la lumière blanche

La synthèse par trichromie

Une lumière perçue comme blanche peut également être synthétisée en additionnant les trois couleurs primaires auxquelles est sensible l’oeil humain: le rouge, le bleu et le vert. Ce principe de trichromie (avec des différences techniques ) est exploité par la plupart des écrans: chaque pixel est composé de 3 sous-pixel et lorsqu’ils affichent les trois couleurs primaires alors l’oeil humain ne distingue pas le rouge, le bleu et le vert (chaque pixel est trop petit) mais perçoit leur addition qui donne une lumière blanche.



Cette synthèse peut par ailleurs se faire en additionnant deux couleurs secondaires (couleurs complémentaires des couleurs primaires):

  • du cyan et du magenta
  • du cyan et du jaune
  • du magenta et du jaune

Le disque de Newton

Le disque de Newton est composé de secteurs colorés comportant au minimum les couleurs primaires (rouge, bleu et vert) et éventuellement les couleurs intermédiaires. Lorsque sa rotation est suffisamment rapide l’oeil humain ne parvient plus à distinguer les différents secteurs qui semblent se superposer. Pour l’oeil les couleurs se superposent, la lumière émise semblent alors blanche.

Sources secondaires

Si un objet blanc est éclairé par une lumière blanche alors ce dernier diffuse la lumière reçue (toute les couleurs) et se comporte lui-même comme une source de lumière blanche.

Synthèse soustractive

Par définition une synthèse soustractive, soustrait certaines couleurs aux lumières colorées, il n’est par conséquent pas possible de l’exploiter pour synthétiser une lumière blanche spectrale. Il est également difficilement envisageable (mais pas impossible) d’obtenir une lumière blanche trichromatique à base de rouge, bleu et vert, il faudrait utiliser une lumière comportant ces trois lumières colorées ainsi qu’une combinaison de filtres ou de peintures qui n’absorbe que les autres couleurs.

Objet éclairé par une lumière blanche

Si un objet est éclairé par une lumière blanche alors il diffuse la lumière correspondant à sa couleur et absorbe les autres longueurs d’onde (la lumière de couleur complémentaire):

  • Un objet de couleur rouge diffuse les lumières rouges présentes dans la lumière blanche et absorbe les autres lumières (qui constituent une lumière de couleur cyan)
  • Un objet vert diffuse la lumière verte et absorbe les autres lumières colorées (qui forment une lumière magenta)
  • Un objet jaune peut soit diffuser la lumière jaune soit diffuser les lumières rouges et vertes dont l’addition est perçue jaune.
  • Un objet blanc diffuse toute les lumières colorées et n’en absorbe aucune.
  • Un objet noir absorbe toute les lumières colorées et n’en diffuse aucune.

Décomposition de la lumière blanche

La décomposition d’une lumière polychromatique consiste à séparer les différentes lumières colorées qui la constitue, elle peut se réaliser en utilisant:



  • un spectroscope
  • un prisme
  • un réseau
  • un milieu dispersif ( de l’eau ou du verre peuvent suffirent)

Si la décomposition est réalisée sur une lumière blanche spectrale alors elle laisse apparaître l’ensemble des Lumières colorées du spectre visible du rouge au violet ( à la manière d’un arc-en-ciel).

Si la décomposition s’opère sur une lumière blanche synthétique alors elle permet de séparer les lumières colorées combinées pour la synthétiser.

 


Notions de seconde à réviser


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