La lumière LA LUMIÈRE I.

La lumière LA LUMIÈRE I. SOURCES DE LUMIÈRE La lumière émise par une source se propage, rencontre de la matière, vient frapper la rétine et provoque des impressions visuelles : formes, couleur, relief. 1) La nature de la lumière La lumière est une forme de rayonnement auquel notre oeil est sensible. L'action de champs électriques ou magnétiques sur les faisceaux lumineux montre que la lumière est formée « d'ondes électromagnétiques » (propagation de variations cycliques d'un champ électrique et d'un champ magnétique). On peut caractériser une radiation lumineuse par sa fréquence f (nombre de cycle / seconde) exprimée en hertz (Hz), ou par sa longueur d'onde ? (distance parcourue pendant 1 cycle) exprimée en mètre. La lumière visible est un phénomène physique de même nature que les ondes radio, les rayons X ou les rayons gamma, la seule différence tient au domaine de fréquence ou de longueur d'onde concerné. La lumière visible ne correspond qu'à un domaine très limité de longueurs d'onde : de 0,4 à 0,8 µm. Ce modèle ondulatoire de la lumière doit être complété par un modèle particulaire (déplacement de « particules de lumière » : les photons) mis en évidence au début du 20ème par les découvertes d'Einstein sur l'effet photoélectrique. 2) Les sources de lumière : source primaire, source secondaire Les sources primaires produisent la lumière qu'elles émettent. Les éclairages artificiels tendent à produire une lumière la plus voisine possible de celle du Soleil (lumière blanche), afin que notre perception des couleurs se rapproche le plus possible de celle de la lumière du jour. Exemple : Soleil, bougie, lampe à incandescence, tube fluorescent. Les sources secondaires diffusent la lumière produite par une source primaire. La lumière renvoyée peut ne pas avoir les mêmes caractéristiques de couleur que celle émise par la source primaire. Ces différentes sources peuvent être des sources ponctuelles ou des sources étendues. Exemple : Lune, écran d'un projecteur. 3) La couleur de la lumière A chaque valeur de longueur d'onde ?, l'oeil associe une nuance de couleur. On parle de lumière monochromatique pour une lumière composée d'ondes ayant toutes les même longueur d'onde : une lumière monochromatique correspond donc à une seule couleur. Dans le cas contraire, on parle de lumière composée ou polychromatique. La lumière du jour provenant du Soleil est appelée lumière blanche. C'est une lumière complexe, composée d'une infinité de radiations dont les couleurs sont observables après décomposition par un prisme. La composition d'une lumière composée est connue par son spectre qui indique l'ensemble des longueurs d'ondes présentes et leur intensité respective. Un filtre permet d'obtenir une lumière colorée à partir d'une lumière blanche : un filtre « rouge » transmet une lumière rouge et absorbe les autres radiations. 4) La couleur des objets C'est parce que les objets renvoient la lumière vers nos yeux que nous pouvons les voir. On peut les considérer comme des sources secondaires de lumière. C'est la composition de la lumière renvoyée par un objet qui lui donne sa couleur. Cette composition dépend des couleurs contenues dans la source primaire qui éclaire l'objet, mais aussi des caractéristiques de surface de l'objet : il peut absorber certaines couleurs et ne rediffuser qu'une partie des couleurs initiales. L'apparence colorée d'un objet dépend donc des couleurs de la lumière qu'il reçoit et des couleurs qu'il absorbe. Un objet qui diffuse toutes les lumières colorées paraît blanc ; un objet qui les absorbe toutes paraît noir. La lumière 5) La synthèse des couleurs Les impressions colorées sont liées à la présence dans la rétine de 2 sortes de cellules sensibles : - des bâtonnets qui enregistrent l'intensité lumineuse - des cônes sensibles au rouge, au vert et au bleu Ces 3 couleurs fondamentales vont permettre, en les additionnant dans des proportions variables, d'obtenir toutes les autres couleurs. On réalise ainsi une synthèse additive des couleurs à partir des couleurs fondamentales. C'est sur ce principe que fonctionne la télévision couleur. On peut aussi obtenir de nouvelles couleurs en superposant des filtres : une partie seulement du rayonnement initial parvient à traverser le filtre qui en soustrait une autre partie. Sur la rétine de l'observateur n'arrivent que les lumières restantes qui synthétisent de nouvelles couleurs : on a réalisé une synthèse soustractive des couleurs. 3 couleurs dites couleurs primaires permettent d'obtenir toutes les autres par soustraction : le jaune, le cyan et le magenta. Ces 3 couleurs primaires sont utilisées en peinture, les pigments employés jouent le rôle de filtre et leur mélange équivaut à la superposition de plusieurs filtres. Dans la pratique,