Un arc-en-ciel, une bulle de savon, la lumière qui traverse un prisme : la lumière blanche cache en réalité toutes les couleurs. Comment peut-on le prouver, et comment perçoit-on la couleur des objets qui nous entourent ?
I. La dispersion de la lumière blanche
Lorsqu’un faisceau de lumière blanche traverse un prisme, il se décompose en plusieurs lumières colorées qui forment sur un écran une bande continue appelée spectre de la lumière blanche. Ce phénomène s’appelle la dispersion de la lumière. L’arc-en-ciel est un exemple naturel de dispersion : la lumière du Soleil est dispersée par les gouttes d’eau en suspension dans l’air.
Le spectre de la lumière blanche fait apparaître les couleurs toujours dans le même ordre : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge.
II. Lumière monochromatique et lumière polychromatique
Une lumière monochromatique est une lumière constituée d’une seule couleur : elle n’est pas décomposée par un prisme (elle en ressort inchangée). Une lumière rouge, verte ou bleue de laser en est un exemple. On peut isoler une lumière monochromatique à partir de la lumière blanche à l’aide d’un filtre coloré, qui ne laisse passer que sa propre couleur et absorbe les autres.
Une lumière polychromatique est une lumière constituée de plusieurs lumières colorées : elle peut être décomposée par un prisme. La lumière blanche est l’exemple le plus courant de lumière polychromatique.
III. La synthèse des couleurs
Le rouge, le vert et le bleu sont des couleurs primaires : leur superposition (synthèse additive) donne de la lumière blanche. La superposition de deux couleurs primaires donne une couleur secondaire : rouge + vert = jaune ; vert + bleu = cyan ; bleu + rouge = magenta. Le disque de Newton, une fois mis en rotation rapide, illustre ce principe : les couleurs qui le composent se superposent si vite à l’œil qu’il paraît blanc.
IV. La couleur des objets
La couleur perçue d’un objet éclairé en lumière blanche dépend de la lumière qu’il diffuse : un objet blanc diffuse toutes les couleurs reçues ; un objet noir absorbe toutes les couleurs reçues (il n’en diffuse aucune) ; un objet coloré diffuse sa propre couleur et absorbe les autres.
V. Synthèse
La lumière blanche est une lumière polychromatique qui se décompose en un spectre continu de couleurs (violet à rouge) lorsqu’elle traverse un prisme : c’est la dispersion. Une lumière monochromatique, à l’inverse, n’est pas décomposée. Le rouge, le vert et le bleu sont des couleurs primaires dont la superposition reconstitue le blanc. La couleur d’un objet dépend de la lumière qu’il diffuse et de celle qu’il absorbe.
Exercice d’application
Exercice 1. Qu’appelle-t-on dispersion de la lumière blanche ? Cite un exemple naturel de ce phénomène.
Exercice 2. Donne l’ordre des couleurs du spectre de la lumière blanche, du violet au rouge.
Exercice 3. Différencie une lumière monochromatique d’une lumière polychromatique, en donnant un exemple de chacune.
Exercice 4. Cite les trois couleurs primaires et donne les trois couleurs secondaires obtenues par leur superposition deux à deux.
Exercice 5. Un tee-shirt paraît rouge lorsqu’il est éclairé en lumière blanche. Explique pourquoi, puis indique quelle serait sa couleur apparente s’il était éclairé uniquement par une lumière bleue monochromatique.
Corrigés
Corrigé 1. La dispersion de la lumière blanche est sa décomposition en plusieurs lumières colorées lorsqu’elle traverse un prisme. Exemple naturel : l’arc-en-ciel, formé par la dispersion de la lumière du Soleil dans les gouttes d’eau.
Corrigé 2. Violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge.
Corrigé 3. Une lumière monochromatique est constituée d’une seule couleur et n’est pas décomposée par un prisme (exemple : lumière d’un laser rouge). Une lumière polychromatique est constituée de plusieurs lumières colorées et peut être décomposée par un prisme (exemple : la lumière blanche).
Corrigé 4. Couleurs primaires : rouge, vert, bleu. Couleurs secondaires : rouge + vert = jaune, vert + bleu = cyan, bleu + rouge = magenta.
Corrigé 5. Le tee-shirt paraît rouge car il diffuse la lumière rouge et absorbe les autres couleurs de la lumière blanche qu’il reçoit. Éclairé uniquement en lumière bleue monochromatique, il n’aurait aucune lumière rouge à diffuser : il absorberait toute la lumière bleue reçue et apparaîtrait noir.
