PERCEPTIONS et SYNTHESES des COULEURS

perceptions et syntheses des couleurs

PERCEPTIONS et SYNTHESES des COULEURS

Les couleurs sont proposées à l'appréciation de l'oeil sous deux options :

1.elles proviennent d'une source lumineuse

chacune est attribuable à une longueur d'onde électromagnétique monochromatique (l)

Ce sont des teintes (ou couleurs primaires) et on les a classées en 7 plages: rouge(l=730 à 615 nm)--orange(l=614 à 581 nm)--jaune(l=580 à 565 nm)--vert(l=564 à 505 nm)--bleu(l= 504 à 475 nm)--indigo(l=474 à 440 nm)--violet(l=439 à 380 nm)--

--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 intermédiaire  est possible par addition de seulement 3 teintes parmi les 7 primaires et l'opération est dite synthèse additive (on additionne trois longueurs d'ondes et l'oeil en apprécie la moyenne) C'est de la trichromie (ou trivariance >> on peut ainsi construire environ 17 millions de teintes différentes.

--le choix des 3 teintes de construction est en général >>> rouge, vert et bleu (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 bleu est un orangé jaunâtre.

--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 la plus basse des visibles)

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

 

 

2.elles proviennent d'un corps qui a reçu précédemment des couleurs primaires

et qui maintenant les reflète partiellement, après en avoir avalé quelques bribes.

Ce sont les colorations (ou couleurs filtrées) que l'on n'a jamais eu désir de classer, puisqu'on n'en utilise usuellement que trois = le magenta, le jaune, le cyan.

Elles proviennent des restes de couleurs primaires qui ont été partiellement perdues dans le corps qui, maintenant, les reflète après avoir soustrait ce qu'il a absorbé, dissipé, diffusé, etc.Une feuille paraît verte car elle a absorbé toutes les couleurs autres que le vert (reflété)

Ces colorations représentent l'essentiel de nos perceptions colorées car ce sont celles envoyées par les décors qui nous entourent (sauf si l'on passe sa journée à regarder des écrans qui, eux, envoient des teintes primaires !!)

 

La fabrication d'une coloration intermédiaire (insérée entre 2 des 3 colorations citées) est possible par addition des 3 susdites colorations, en une opération dite synthèse soustractive. Le mot "soustractive" indique que chaque coloration résulte d'une soustraction de quelques éléments des couleurs primaires.

On peut, par ce moyen, construire environ 16 millions de colorations différentes.

Le système de mixage des 3 colorations est nommé C.M.J.N. en abrégé, pour cyan, magenta, jaune, noir, car le noir est ajouté pour représenter la chromaticité (TLS , indice de pureté, coefficient de luminance). C'est de la quadrichromie

En anglais, le mixage est dit C.M.Y.K. = cyan, magenta, yellow et key, mis pour black

Chacun des C, M et J (ou Y) représente déjà un mélange de couleurs (le cyan = bleu + vert // le magenta = bleu + rouge // le jaune = rouge + vert) donc leur mixage,pour reconstituer une nouvelle coloration, exige un choix pertinent des pourcentages.

-Si on les mélange toutes les 3 , on construit du noir (ou du gris foncé, si les pourcentages du mélange sont douteux)

-Chaque coloration a aussi une couleur complémentaire dont la qualité est de produire avec elle du noir (sous pourcentage approprié) >>> la complémentaire du cyan est un rouge orangé, la complémentaire du jaune est un bleu indigoté, la complémentaire du magenta est un vert bleuté.

Une même coloration peut avoir deux (ou plus) origines possibles, à travers des mixages différents: ces deux (ou plus) versions constitutives, bien que différentes en composition, provoquent la même perception (confusion) dans l'oeil; ces versions similaires sont nommées métamères

 

Les couleurs (qu'elles soient monochromatiques ou reflétées) sont dites couleurs chaudes quand elles sont dans les plages rouge, magenta, orange, jaune. Les autres (vert, bleu, cyan, indigo, violet) sont dites couleurs froides.Une chaude a comme complémentaire une froide (et réciproquement)

Il existe un cercle chromatique, regroupant la totalité des teintes et colorations, en un fondu général de toutes les proximités colorées, qui permet de les repérer, de les classer et de les choisir.

 

EFFICACITE SPECTRALE

L'efficacité spectrale est la qualité de l’œil lui permettant de classer les intensités de vision, en fonction de la couleur perçue.Cette efficacité spectrale est maximale (valeur 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 une source lumineuse (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(750 nm) ou aux extrêmes violets(385 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

Coefficients de visibilité

Il s'agit de divers rapports similaires à l'efficacité lumineuse ci-dessus définie, mais avec changement de point de repère dans la mesure (efficacité spectrale relative, sensibilité lumineuse, facteur de visibilité)

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 colorations (et non plus 3)

Saturation exprime (dans une synthèseadditive) le pourcentage maximum que peut prendre chacune des 3 couleurs (quand une saturation vaut 100 = couleurs avivées, quand saturation approche 0, plus de possibilités de construire du blanc, donc résultat baveux (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 2 caractéristiques essentielles: absorber tous les rayons qu'il reçoit et émettre toute son énergie interne sous forme de rayonnements électromagnétiques.

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 2 fonctions sont nulles (il n'émet rien et n'absorbe rien) Il est énergétiquement neutre >>> exemples:

-un miroir = corps blanc intégral

-un 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 (soit 4140°C)

Mais dans la réalité, on constate (par exemple) qu'un fer rougi ne dépasse pas ~ 740°C dans un atelier terrestre; c'est à cause 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 ne reste émetteur que de la lumière issue des sources lumineuses astrales

Mais malgré 1023 étoiles, le ciel est noir : c'est le paradoxe d'Olbers

La surface des limites de l'univers (supposé sphérique) est ~1054 m² et la surface moyenne d'une galaxie (groupe d'étoiles) est de ~1043 m² .

Comme il y a ~ 1011 galaxies, on pourrait penser qu'il y en a quasiment assez pour éclairer totalement le fond du ciel (1043+11 vs 1054)

Mais il faut penser que les galaxies ne sont pas toutes en fond du ciel, et comme on peut les supposer isotropiquement réparties, il n'y en a plus que 1027 qui ne sont pas superposées avec une autre, en distinction sur le fond du ciel.En outre, d’innombrables nuages intergalactiques, de matière noire ou autres détournements de photons, atténuent encore la densité de lumière; donc il n'est pas étonnant que le ciel soit noir la nuit, avec une si faible surface de sources éclairantes visibles

  

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

est une échelle exprimant le bon équilibre de répartition entre 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

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