COULEUR-TEINTE des OBJETS éMETTEURS de LUMIèRE

-couleur-teinte des corps émetteurs de lumière

Les couleurs sont des perceptions oculaires de certaines longueurs d'ondes électromagnétiques provenant d'un émetteur lumineux et sont réparties sur une plage entre approximativement (750 et 385 nanomètres)

Ces couleurs émises doivent être nommées TEINTES (ou TONALITES CHROMATIQUES) pour les distinguer des couleurs réémises, qui sont pour leur part des COLORATIONS

L'ensemble des teintes a été découpé en 7 zones ayant reçu 7 noms (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet) recouvrant la totalité du spectre visible.Ce sont les couleurs de l'arc-en-ciel

Ce nombre 7 est purement arbitraire (taillant 7 zones dans une continuité infinie de teintes).En outre ces zones sont de tailles inégales

On définit chacune d'entre ellesselon une répartition précisée ci-après:

 

GAMME DES LONGUEURS D’ONDE (λ) POUR LES LUMIÈRES EMISES

Les 7 couleurs-teintes correspondent chacune à une gamme de longueurs d'ondes, symbolisées l, et exprimées ci-après en nanomètres (soit en 10- 9 m) 

Le découpage des gammes exprimant la répartition desteintes (ou couleurs primaires) est le suivant:

le rouge (va de 730 à 615 nm avec 672 pour le rouge moyen)

l'orange(va de 614 à 581 nm avec 600 pour l'orange moyen)

le jaune(va de 580 à 565 nm  avec 572 pour le jaune moyen)

le vert(va de 564 à 505 nm  avec 535 pour le vert moyen)

le bleu(va de 504 à 475 nm dont 490 pour le bleu moyen)

l'indigo(va de 474 à 440 nm dont 460 l'indigo moyen) 

le  violet(va de 439 à 380 nm dont 410 pour le violet moyen)

 

FRÉQUENCES (n) de ces MÊMES COULEURS  

Chaque fréquence est égale à [c/ l] où c = 2,99792458.108 m/s. On en tire les fréquences suivantes: --valeurs exprimées en 1014 Hertz et arrondies--

rouge (4,5 +/- 8%), orange (5 +/- 3%), jaune ( 5,2 +/- 2%), vert( 5,6 +/- 7%), bleu (6,1 +/- 4%), indigo (6,5 +/- 3%), violet (7,3 +/- 5%)

Les couleurs-teintes perçues sont transmises au cerveau (de jour) par les cônes de l’œil, dont 64% perçoivent les jaunes, 32% les verts, 4% les bleus 

Attention : quand on dit infra-rouge, le terme "infra" s’applique aux fréquences (donc c’est une fréquence au-dessous de la fréquence rouge, qui est elle-même la plus basse des visibles)

Idem pour ultra (qui signifie supérieur) et concerne les fréquences au-delà du violet 

 

MELANGES de TEINTES

--quand on regroupe 2 primaires, on obtient une couleur secondaire

--quand on regroupe 1 primaire + 1 secondaire, on obtient une couleur tertiaire (ou couleur à usage de peinture)

La fabrication d'une teinte secondaire est possible par addition de seulement 3 teintes parmi les 7 primaires (de l'arc en ciel) et l'opération est dite synthèse additive (l'oeil en apprécie la moyenne) C'est de la trichromie >> on peut ainsi construire environ 17 millions de teintes secondaires différentes.

--le choix des 3 teintes de construction est en général >>> rouge, vert et bleu (système dit en abrégé RVB--ou RGB en anglais--) Mais il existe d'autres systèmes (RGBA, CSS, HLSA...)

Le système RVB comporte:  un rouge orangé de 700 nm  + un vert de 546,1 nm  + un bleu-violacé de 435,8 nm

Si on les mélange toutes les 3 (leurs 3 faisceaux), on construit du blanc (ou du gris si les pourcentages du mélange sont douteux)

En pratique, on réunit untrès grand nombre de pourcentages de mélanges et on présente le résultat sous forme de tableaux ou disques multicolorés,qui sont codés.

On choisit ensuite un cas d'espèce, qui est repérable (et donc répétable).

Par ex. certaines Télés prennent 30% de R + 60% de V + 10% de B

On trouve parfois ces pourcentages nommés coefficients de luminance spécifique

--chaque couleur primaire (teinte) possède une couleur complémentaire qui est celle, par définition, permettant de se marier (en pourcentage approprié) pour produire du blanc >>> la complémentaire du rouge/orangé est un bleu verdâtre, la complémentaire du vert est un rouge foncé, la complémentaire du jaune est un violet moyen.

 

EFFICACITE SPECTRALE

L'efficacité spectrale est la qualité de l’œil lui permettant de classer la meilleure acuité de vision, en fonction de la couleur perçue.Cette efficacité spectrale (F'1) est maximale (égale à 1) pour le vert de λ = 555 nanomètres (5,55.10-7 m).C'est là que l'on constate le meilleur rendement entre l'intensité perçue par l'oeil et l'intensité consommée par la source lumineuse qui la produit (c'est 683 candela par Watt/sr)

Dès que l'on s'éloigne de 555 nm, l'efficacité spectrale diminue sous forme de courbe en cloche, pour atteindre une valeur quasi nulle aux extrêmes rouges(730 nm) ou aux extrêmes violets(380 nm)

Cette efficacité est dite photopique à lumière du jour et scotopique la nuit (où ce sont les bâtonnets de l'œil qui prennent alors le relais sur les cônes).

Les valeurs scotopiques sont réduites à 75% des photopiques

 

VOCABULAIRE ANNEXE

Monochromatisme  est le terme spécifiant qu'il n’est alors question que d’une seule longueur d’onde du spectre

Quadrichromie est un terme concernant les systèmes comportant 4 couleurs (et non plus 3)(voir chapitre sur ce sujet)

Saturation exprime (dans une synthèse additive) le pourcentage maximum de chacune des  3 couleurs (un excès de blanc  risque de donner un état «délavé»- 

Une saturation 100 = pas de blanc (lois de Grassman)

Tonalité optique  est le terme exprimant la teinte d'une source émettrice

 

Le CORPS NOIR EMETTEUR = RADIATEUR INTEGRAL

Le corps noir théorique est un corps ayant 3 caractéristiques essentielles: absorber tous les rayons qu'il reçoit, produire de l'énergie et émettre son énergie interne sous forme de rayonnements électro-magnétiques.

S'il n’est que récepteur, on le nomme simplement ‘’corps noir’’

S'il n'est qu'émetteur, il est dit "radiateur intégral" (il émet de l'énergie dont l'émission n’est fonction que de la température) Ladite fonction émettrice est résumée par la formule de Planck (ou d'autres formules dérivées, celles de Rayleigh-Jeans, de Wien ou de Kirchhoff)

-formule de Planck   habituellement, la formule n'est pas présentée sous forme d'un calcul direct de l'énergie émise, mais par le calcul de l'exitance monochromatique -qui est une énergie émise dans un volume, dans un temps et dans un angle solide donnés-

Z’= 2h.c² / λ5.Ω[ex-1]

où Z’n(W/m3-sr)= exitance monochromatique (ou spectrique) d’un corps émetteur

h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34 J-s)

c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .10m/s)

λ(m)= longueur d’onde

Ω(sr)= angle solide dans lequel s’exerce le phénomène (c’est 4seulement dans le cas où c’est l’espace entier aqui est concerné et seulement si le système a le stéradian comme unité d’angle)

e est l’exponentielle et  x = (h.c / λ.k.T)  où T(K) = température absolue

-pression dans un corps noir

pour un corps noir sphérique p = p/ 3 

où p(Pa)= pression sur les parois internes

p(J/m3)= densité volumique interne d’énergie

 

Le CORPS BLANC

est un corps noir dont les fonctions sont nulles (il n'émet rien , n'absorbe rien et il est énergétiquement neutre >>> exemple du miroir, corps blanc intégral (le manteau de neige n’est qu’un corps blanc partiel car il absorbe un peu)

 

Le CORPS GRIS 

est un corps vaguement noir (ses fonctions sont partielles : il émet un peu et absorbe un peu)

 

Le CORPS ROUGE

a, d'après la loi de Wien, une longueur d'onde maximale qui est fonction de sa température absolue T donnée par la formule abrégée  λ = 2,9 / 10T 

En théorie, pour  λ = 750 nm (c'est le rouge cerise, extrême) T vaut ~ 3867° K (4140°C)

Mais dans la réalité, on constate (par exemple) qu'un fer rougi ne dépasse pas ~ 740°C

ceci est dû au fait que dans un atelier terrestre, il y a des échanges d'énergie importants avec le milieu extérieur (on est très loin du cas idéalisé d'un corps noir émetteur sans pertes externes)

 

Le CIEL NOIR

Le jour, le ciel terrestre est émetteur de lumière (l'essentiel des photons est issu du soleil et ne sont renvoyés que ceux ayant heurté des molécules d'air)

La nuit, le ciel est globalement noir (malgré environ 1011 galaxies, représentant 1023 étoiles)

C'est le paradoxe d'Olbers

Raisonnons sur les luminosités : le rayon de l’univers est donné par la loi de Hubble soit 

l= c.(coeff. correctif de 1,2) / H0  = (3.108 m/s).(1,2) / (2,3.10-18 s-1) soit ~ 1,6.1026 mètres,

ce qui devient (6.1026 m.) en tenant compte de l'expansion. Et en supposant l’univers sphérique, sa surface limite est de l’ordre de 1054 m²

Par ailleurs, la surface moyenne d'une galaxie (groupe d'étoiles) est ~1043 m² .et comme il y a ~ 1011 galaxies, on pourrait penser qu'il y en a assez pour éclairer totalement le fond du ciel (1043+11 = justement 1054)

Mais de nombreux arguments corrigent ce calcul:

--les étoiles ne sont pas toutes en fond du ciel et leurs images se superposent (répartition isotropique)

--le ciel de nuit ne représente qu'un seul hémisphère

--d'innombrables nuages intergalactiques et autres obstacles à photons, occultent leur perception

--le décalage vers le rouge, atténue les photons jaunes -qui sont cependant ceux qu'on perçoit le mieux-

--beaucoup d'étoiles ont une magnitude trop faible pour être perçue

Donc, il reste vraiment trop peu de surfaces éclairantes pour couvrir la surface du ciel et il n'est pas paradoxal qu'il soit noir la nuit

  

L'INDICE DE RENDU DE COULEURS (I.R.C.)

est une échelle exprimant le bon équilibre de répartition d'une gamme de 8 couleurs-teintes usuelles, pour un quelconque appareil émetteur de lumière.Cet équilibre, dit aussi ‘’justesse de répartition des couleurs'' exprime la bonne similitude avec la lumière du jour.

La valeur maximale (I.R.C = 100) est évidemment celle de la lumière du jour naturel

Une lampe incandescente a un (IRC = 80), une lampe à vapeur de Na (IRC = 15), les fluo (IRC = 80 à 90), les LED (IRC = 75 à 98)

Voir aussi chapitre Lampe électrique

 

Les COULEURS des CORPS (OU OBJETS) RÉCEPTEURS DE LUMIÈRE

Voir chapitre spécial sur ce sujet (ce sont des colorations)

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