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La lumière

Mars 2015

Qu'est-ce que la lumière?

La lumière est une forme d'énergie issue de deux composantes :

  • une onde électromagnétique ondulatoire
  • un aspect corpusculaire (les photons)
La lumière émise par le soleil se déplace à une vitesse d'environ 300 000 km/s, à une fréquence d'environ 600 000 GHz.

Notion de couleur

La couleur de la lumière est caractérisée par sa fréquence, elle-même conditionnée par la longueur d'onde et la célérité de l'onde. On caractérise généralement la longueur d'onde d'un phénomène oscillatoire par la relation :

λ = CT
où  :
  • λ désigne la longueur d'onde
  • C désigne la célérité de l'onde
  • T désigne la période de l'onde (en secondes)

On appelle rayonnement monochromatique un rayonnement comportant une seule longueur d'onde et rayonnement polychromatique un rayonnement qui en contient plusieurs. L'ensemble des longueurs d'ondes composant un rayonnement polychromatique (et leurs intensités lumineuses respectives) est appelé spectre.

Toutefois l'oeil humain n'est pas capable de discerner les différentes composantes d'un rayonnement et ne perçoit que la résultante, fonction des différentes longueur d'ondes qui le composent et de leur intensité lumineuse respective.

L'oeil humain est capable de voir des rayonnements dont la longueur d'onde est comprise entre 380 et 780 nanomètres. En dessous de 380 nm se trouvent des rayonnements tels que les ultraviolets, tandis que les rayons infrarouges ont une longueur d'onde au-dessus de 780 nm. L'ensemble des longueurs d'ondes visibles par l'oeil humain est appelé « spectre visible »  :

spectre de la lumière visible par l\'oeil humain

Il est possible de décomposer les couleurs spectrales à l'aide d'un prisme en cristal.

Le fonctionnement de l'oeil humain

Grâce à la cornée (l'enveloppe translucide de l'oeil) et de l'iris (qui en se fermant permet de doser la quantité de lumière), une image se forme sur la rétine. Celle-ci est composée de petits bâtonnets (en anglais rods) et de cônes (en anglais cones).

schema de l\'oeil humain

Les bâtonnets, formés d'une pigmentation appelée rhodopsine et situés en périphérie de la retine, permettent de percevoir la luminosité et le mouvement (vision scotopique), tandis que les cônes, situés dans un zone appelée fovéa, permettent de différencier les couleurs (vision photopique). Il existe en réalité trois sortes de cônes :

  • une sorte pour le rouge (570 nm), appelés erythrolabes
  • une sorte pour le vert (535 nm), appelés chlorolabes
  • une sorte pour le bleu (445 nm), appelés cyanolabes
Ainsi, lorsqu'un type de cône fait défaut, la perception des couleurs est imparfaite, on parle alors de daltonisme (ou dichromasie. On distingue généralement les personnes présentant cette anomalie selon le type de cône défectueux :
  • Les protanopes sont insensibles au rouge
  • Les deutéranopes sont insensibles au vert
  • Les trinatopes sont insensibles au bleu

D'autre part il est à noter que la sensibilité de l'oeil humain aux intensités lumineuses relatives aux trois couleurs primaire est inégale :

representation de la perception de la luminosite

Synthese additive et soustractive

Il existe deux types de synthèse de couleur :

  • La synthèse additive est le fruit de l'ajout de composantes de la lumière. Les composantes de la lumière sont directement ajoutée à l'émission, c'est le cas pour les moniteurs ou les télévisions en couleur. Lorsque l'on ajoute les trois composantes Rouge, vert, bleu (RVB), on obtient du blanc. L'absence de composante donne du noir. Les couleurs secondaires sont le cyan, le magenta et le jaune car :
    • Le vert combiné au bleu donne du cyan
    • Le bleu combiné au rouge donne du magenta
    • Le vert combiné au rouge donne du jaune

    synthèse additive

  • La synthèse soustractive permet de restituer une couleur par soustraction, à partir d'une source de lumière blanche, avec des filtres correspondant aux couleurs complémentaires : jaune, magenta, et cyan. L'ajout de ces trois couleurs donne du noir et leur absence produit du blanc.

    Les composantes de la lumière sont ajoutées après réflection sur un objet, ou plus exactement sont absorbées par la matière. Ce procédé est utilisé en photographie et pour l'impression des couleurs. Les couleurs secondaires sont le bleu, le rouge et le vert car :

    • Le magenta (couleur primaire) combiné avec le cyan (couleur primaire) donne du bleu
    • Le magenta (couleur primaire) combiné avec le jaune (couleur primaire) donne du rouge
    • Le cyan (couleur primaire) combiné avec le jaune (couleur primaire) donne du vert

    synthèse soustractive

Deux couleurs sont dites « complémentaires » si leur association donne du blanc en synthèse additive, ou du noir en synthèse soustractive.
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