Couleurs et synthèse additive

Ce qu'il faut comprendre

Tu as déjà remarqué que la lumière blanche peut être décomposée en plusieurs couleurs, comme dans un arc-en-ciel. Mais savais-tu qu'on peut aussi recomposer de la lumière blanche en mélangeant des lumières colorées ? C'est le principe de la synthèse additive. Ce phénomène est utilisé tous les jours : sur ton écran de téléphone, d'ordinateur ou de télévision, chaque pixel est composé de trois petites lumières : rouge, verte et bleue. En les allumant plus ou moins fort, on peut créer toutes les couleurs que tu vois !

Dans ce cours, tu vas comprendre comment fonctionne cette synthèse additive, ce qu'est une année-lumière, comment une lentille forme une image, et comment l'œil et les capteurs (comme ceux des appareils photo) perçoivent les couleurs.

Les notions essentielles

Lumière et couleurs

La lumière est une onde électromagnétique. Dans le vide, elle se déplace à une vitesse de 300 000 km/s (3×10^8 m/s).
La lumière blanche est composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel (du rouge au violet). On peut le montrer avec un prisme ou un CD.
Couleurs primaires en synthèse additive : rouge, vert, bleu (RVB en français, RGB en anglais).
En mélangeant ces trois lumières colorées, on obtient :
- rouge + vert = jaune
- vert + bleu = cyan
- rouge + bleu = magenta
- rouge + vert + bleu = blanc
L'absence de lumière donne le noir.

Année-lumière

L'année-lumière (al) est une unité de distance, pas de temps !
C'est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année.
1 al = 9,46×10^12 km (environ 9 460 milliards de km).
On l'utilise pour mesurer les distances entre les étoiles et les galaxies.

Lentille et image

Une lentille est un objet transparent (en verre ou en plastique) qui dévie la lumière. Il existe deux types :
- Lentille convergente : plus épaisse au centre, elle fait converger les rayons lumineux. Elle forme une image réelle (sur un écran) ou virtuelle (dans la lentille).
- Lentille divergente : plus épaisse aux bords, elle écarte les rayons.
Une lentille a un centre optique O et un foyer F (point où les rayons parallèles convergent).
Distance focale f : distance entre O et F.
Pour former une image nette, il faut que l'objet soit placé à une certaine distance de la lentille. Par exemple, dans un appareil photo, on ajuste la mise au point.

Œil et capteur

L'œil humain fonctionne comme un appareil photo :
- La cornée et le cristallin (lentille convergente) forment une image sur la rétine (écran).
- La rétine contient des cellules sensibles à la lumière : les cônes (pour les couleurs) et les bâtonnets (pour la luminosité).
- Il existe trois types de cônes, sensibles au rouge, vert et bleu. C'est pourquoi la synthèse additive correspond à notre vision.
Un capteur (d'appareil photo, smartphone) est composé de millions de petits capteurs (pixels) sensibles à la lumière. Chaque pixel est recouvert d'un filtre rouge, vert ou bleu pour enregistrer les couleurs.

Méthode

Pour déterminer la couleur obtenue par synthèse additive

Identifie les lumières colorées que tu mélanges (rouge, vert, bleu).
Utilise le tableau des mélanges :
- rouge + vert → jaune
- vert + bleu → cyan
- rouge + bleu → magenta
- rouge + vert + bleu → blanc
Si une couleur est absente, elle n'est pas ajoutée. Par exemple, si tu n'as que du rouge et du bleu, tu obtiens du magenta.

Pour calculer une distance en années-lumière

Convertis la distance en kilomètres.
Divise par 9,46×10^12 km (valeur d'une année-lumière).
Le résultat est la distance en années-lumière.

Pour décrire la formation d'une image par une lentille

Repère la lentille et son axe optique.
Trace au moins deux rayons issus d'un point de l'objet :
- Un rayon passant par le centre optique (il n'est pas dévié).
- Un rayon parallèle à l'axe optique (il passe par le foyer après la lentille).
L'intersection des rayons donne l'image du point.

Exemple corrigé

Énoncé : On mélange une lumière rouge et une lumière verte. Quelle couleur obtient-on ?

Correction :

On identifie les couleurs : rouge et vert.
D'après la synthèse additive, rouge + vert = jaune.
Donc on obtient du jaune.

Énoncé : La galaxie d'Andromède est située à environ 2,5 millions d'années-lumière de la Terre. Exprime cette distance en kilomètres.

Correction :

On sait que 1 al = 9,46×10^12 km.
Distance en km = 2,5×10^6 × 9,46×10^12 = 2,365×10^19 km.
La distance est d'environ 2,365×10^19 km.

Erreurs fréquentes

Confondre synthèse additive et soustractive : La synthèse additive concerne les lumières (écrans), la soustractive concerne les pigments (peinture). Ici on ne parle que d'additive.
Croire que l'année-lumière est une unité de temps : Non, c'est une distance.
Penser que le mélange de toutes les couleurs donne du noir : En synthèse additive, c'est du blanc. Le noir est l'absence de lumière.
Oublier que l'œil a trois types de cônes : C'est pourquoi on utilise le rouge, vert, bleu.

À retenir

Synthèse additive : rouge + vert + bleu = blanc.
Année-lumière : distance parcourue par la lumière en un an (9,46×10^12 km).
Lentille convergente : forme une image réelle ou virtuelle.
Œil : cristallin = lentille, rétine = écran, cônes = capteurs de couleurs.
Capteurs : pixels avec filtres RVB.

Pour s'entraîner

Maintenant que tu as compris les bases, tu peux t'entraîner avec nos exercices interactifs et nos quiz sur AlloSeconde. Tu trouveras aussi des fiches de révision pour bien mémoriser tout ça. Bon courage !