Spécialité physique-chimie, Première • Exercices corrigés à Montréal
Cette fiche de révision accompagne la partie « Images et couleurs » du programme de spécialité physique-chimie de Première : synthèses additive et soustractive, couleurs complémentaires, filtres, couleur des objets, trichromie, et les domaines des ondes électromagnétiques.
Elle ne redit pas le cours. Elle dit ce qui coûte des points en contrôle, la phrase que le correcteur attend quand on prévoit une couleur, et les contrôles à faire avant de rendre la copie.
Le fil du chapitre
Une couleur perçue se lit en comptant les primaires R, V, B qui ARRIVENT à l'œil : une source en ajoute, un filtre, un pigment ou un objet ne fait qu'en retirer. Presque toutes les erreurs du chapitre sont une couleur attribuée à un objet ou à un filtre au lieu d'être comptée sur ce qui arrive.
La complémentaire d'une primaire est toujours la secondaire faite des deux AUTRES primaires : aucune mémorisation n'est nécessaire.
Une couleur d'objet se donne toujours avec l'éclairage : « rouge en lumière blanche » est une réponse, « rouge » tout court ne l'est pas.
Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le filtre jaune colore la lumière blanche en jaune. »
Ce qu'il faut écrire
« Le filtre jaune absorbe le bleu et transmet le rouge et le vert, dont la superposition est perçue jaune. »
Pourquoi : Un filtre ne produit aucune lumière. Avec le mauvais verbe, on ne peut plus prévoir ce que donne ce filtre sous une lumière cyan : du vert.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Filtre jaune puis filtre cyan : jaune cyan donne R V B, donc blanc. »
Ce qu'il faut écrire
« Le jaune transmet R et V, le cyan transmet V et B : seul V traverse les deux, la lumière est verte. »
Pourquoi : On additionne des LUMIÈRES qui arrivent ensemble, jamais des filtres placés sur le même faisceau : chaque filtre ne peut transmettre que ce que le précédent a laissé.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Sous la lumière cyan, l'objet rouge paraît rouge, puisqu'il est rouge. »
Ce qu'il faut écrire
« L'objet ne diffuse que le rouge ; la lumière cyan ne contient que V et B, qu'il absorbe : il ne renvoie rien et paraît noir. »
Pourquoi : La couleur d'un objet est ce qu'il renvoie de la lumière reçue. Sans rouge à renvoyer, il n'y a rien à voir.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« La couleur complémentaire du rouge est le vert. »
Ce qu'il faut écrire
« La complémentaire du rouge est le cyan : rouge cyan R V B blanc. »
Pourquoi : Rouge et vert superposés donnent du jaune, pas du blanc. Le couple rouge-vert vient des cercles de peintres, qui ne sont pas ceux de la lumière.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Réglage R , V , B : c'est du jaune. »
Ce qu'il faut écrire
« de blanc plus de jaune : on voit un jaune pâle. Pour un blanc, il faut monter B de points. »
Pourquoi : Le blanc mélangé à une couleur ne s'ajoute pas comme une teinte : il la pâlit. C'est la décomposition blanc plus reste qui donne la couleur exacte.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« La feuille est blanche parce qu'elle absorbe toute la lumière. »
Ce qu'il faut écrire
« La feuille est blanche parce qu'elle diffuse les trois primaires en proportions égales ; un objet qui absorbe tout paraît noir. »
Pourquoi : Absorber et diffuser sont les deux destins opposés de la lumière : confondre les deux rend faux tout raisonnement sur un objet éclairé.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Wifi à : . »
Ce qu'il faut écrire
« : , une micro-onde. »
Pourquoi : Un résultat d'un tiers de la distance Terre-Lune pour une box doit être rejeté d'un coup d'œil : la frise des domaines sert aussi de contrôle.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Un écran ne peut pas montrer un vrai jaune, puisqu'il n'émet pas à . »
Ce qu'il faut écrire
« L'œil ne reçoit que les réponses de ses trois cônes ; un mélange de rouge et de vert bien dosé produit les mêmes réponses que et paraît du même jaune. »
Pourquoi : C'est la trichromie elle-même : c'est parce que l'œil n'a que trois capteurs que trois primaires suffisent.
Regardez le chemin de la lumière avant de regarder les couleurs.
Si plusieurs sources éclairent la même zone d'un écran blanc → synthèse additive : on additionne les primaires
Exemple : projecteurs jaune et bleu superposés : R V B, blanc
Si un même faisceau traverse plusieurs filtres à la suite → synthèse soustractive : ne passe que ce que TOUS les filtres transmettent
Exemple : magenta puis jaune : seul R passe, rouge
Si des pigments sont mélangés, ou des encres superposées → synthèse soustractive : ne reste que ce que tous les pigments diffusent
Exemple : jaune (R, V) et cyan (V, B) mélangés : vert
Si des éléments colorés sont juxtaposés et trop petits pour être distingués → synthèse additive par juxtaposition
Exemple : points jaunes et bleus vus de loin : gris, blanc peu lumineux
c'est le principe des pixels d'un écran et du pointillisme
Même couleurs, montages différents, résultats opposés : c'est la géométrie qui décide, jamais le nom des couleurs.
Écrivez la liste des primaires à chaque étape, de la source à l'œil.
Si l'énoncé donne une source colorée → traduire sa couleur en primaires
Exemple : cyan : V et B
Si la lumière traverse un filtre → garder les primaires reçues que le filtre transmet
Exemple : V et B sur un filtre jaune : reste V
Si la lumière arrive sur un objet opaque → garder les primaires reçues que l'objet diffuse
Exemple : V et B sur un objet rouge : rien, noir
Si l'énoncé donne des pourcentages de transmission ou de diffusion → multiplier chaque primaire par les pourcentages successifs
Exemple : unités après deux filtres à
Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.
Quand l'utiliser : « Quelle est la couleur perçue de l'objet ? Justifiez. »
Phrase de conclusion
« L'objet reçoit R et B ; il diffuse R et absorbe B : il renvoie seulement du rouge et paraît rouge. »
Le piège : Sauter l'étape 1 et répondre avec la couleur de l'objet en lumière blanche.
Barème : Composition de la lumière, action de l'objet, conclusion : un tiers des points chacune.
Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.
Le bilan par primaire
Pour chaque primaire, reçue diffusée transmise absorbée.
R : . Une colonne qui fait signale une case fausse.
Un filtre ne fait que baisser
Aucune primaire ne peut sortir plus forte d'un filtre ou d'un objet qu'elle n'y est entrée, et aucune ne peut apparaître.
Trouver du vert derrière un filtre magenta signale une erreur de lecture du filtre.
Le noir est permis
Si aucune primaire reçue n'est diffusée ou transmise, la réponse est noir, et c'est une réponse normale.
Filtres magenta, jaune et cyan à la suite : noir.
La frise en ordre de grandeur
Après un calcul de , placer le résultat sur la frise des domaines.
Une IRM à donne : radio. Un résultat en nanomètres serait faux.
Une affiche porte des lettres magenta sur un fond blanc. Les lettres diffusent du rouge et du bleu qu'elles reçoivent et absorbent le vert ; le fond diffuse de chaque primaire.
On éclaire l'affiche avec une lampe blanche, unités par primaire, placée derrière un filtre jaune qui transmet du rouge et du vert. De quelle couleur voit-on les lettres et le fond ? Les lettres restent-elles lisibles ?
Étape 1
Le filtre jaune absorbe le bleu et transmet unités de R et de V : la lumière qui atteint l'affiche est jaune.
Pourquoi
On traduit la lumière incidente en primaires AVANT de parler de l'objet : c'est l'étape que la copie oublie.
Étape 2
Lettres : elles reçoivent R et V ; elles diffusent unités de R et absorbent V. Elles renvoient du rouge seul.
Pourquoi
L'objet ne diffuse que ce qu'il reçoit ET sait diffuser ; le bleu qu'il diffuserait n'est plus dans la lumière.
Étape 3
Fond : il diffuse unités de R et de V, soit unités : il paraît jaune.
Pourquoi
Une surface blanche prend toujours la couleur de l'éclairage : c'est le contrôle le plus rapide de l'exercice.
Étape 4
Contraste : lettres rouges sur fond jaune ; le fond renvoie unités, les lettres , deux fois moins.
Pourquoi
La lisibilité se juge sur l'écart de couleur ET de luminosité ; deux nombres suffisent à le dire.
Étape 5
Vérification : sans filtre, les lettres renverraient R et B , magenta, et le fond unités, blanc. Le filtre n'a fait que retirer.
Pourquoi
Refaire le cas de la lumière blanche confirme que le raisonnement retrouve la couleur connue de l'affiche.
Conclusion rédigée
Sous la lumière filtrée, les lettres paraissent rouges sur un fond jaune, et restent lisibles : le fond renvoie deux fois plus de lumière qu'elles.
L'erreur classique sur cet exercice : Répondre « lettres magenta sur fond jaune », en gardant la couleur de l'affiche en lumière blanche, ou « lettres orange », en additionnant magenta et jaune.
Regardez le chemin de la lumière. Si plusieurs lumières arrivent ensemble sur l'écran ou sur l'œil, comme deux projecteurs ou les pixels d'un écran, leurs couleurs s'ajoutent : synthèse additive. Si une même lumière traverse des filtres à la suite, ou si l'on mélange des pigments, chaque étape retire des couleurs : synthèse soustractive.
Un objet rouge ne diffuse que le rouge de la lumière qu'il reçoit et absorbe le vert et le bleu. Une lumière verte ne contient pas de rouge : l'objet absorbe tout ce qu'il reçoit et ne renvoie rien vers l'œil. L'absence de lumière renvoyée est perçue comme du noir. La couleur d'un objet dépend donc toujours de l'éclairage.
C'est le cyan, et non le vert. Deux lumières sont complémentaires quand leur superposition donne du blanc. Le cyan est fait de vert et de bleu, les deux primaires qui manquent au rouge, donc rouge plus cyan donne les trois primaires, c'est-à-dire du blanc. De même, le vert a pour complémentaire le magenta et le bleu a pour complémentaire le jaune.
La rétine possède trois types de cônes, sensibles surtout au bleu, au vert et au rouge-jaune. Le cerveau ne reçoit que leurs trois réponses. Deux lumières qui produisent les mêmes trois réponses paraissent de la même couleur, même si leurs compositions diffèrent. C'est pour cela qu'un écran peut imiter presque toutes les couleurs avec trois primaires seulement.
Oui. Le wifi, les micro-ondes du four, les ondes radio de l'IRM, la lumière visible et les rayons X sont tous des ondes électromagnétiques qui se propagent dans le vide à trois cent mille kilomètres par seconde. Seules leur fréquence et leur longueur d'onde changent : environ douze centimètres pour le wifi, quelques centaines de nanomètres pour le visible.
© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/1spc-images-couleurs. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).
