La Perception des Couleurs

Qu'est-ce que la couleur ?

La lumière visible représente une infime partie du spectre électromagnétique, perceptible par l'œil humain entre 400 et 800 nm. La lumière blanche est polychromatique, c'est-à-dire qu'elle résulte de la superposition de plusieurs radiations colorées.

I. Synthèse additive des couleurs

La synthèse additive consiste à mélanger des lumières provenant de plusieurs sources colorées.

Caractéristiques principales :

• Trois couleurs primaires : rouge, vert, bleu (RVB)
• Ces couleurs correspondent aux trois types de photorécepteurs (cônes) dans la rétine
• Le mélange des trois couleurs primaires donne la lumière blanche

Les couleurs secondaires :

• Rouge + Vert = Jaune
• Rouge + Bleu = Magenta
• Vert + Bleu = Cyan

Concept clé : La synthèse additive est utilisée dans les écrans à cristaux liquides (LCD) où chaque pixel est composé de trois sous-pixels (rouge, vert, bleu) dont l'intensité variable permet de créer toutes les couleurs.

II. Synthèse soustractive des couleurs

Contrairement à la synthèse additive, la synthèse soustractive consiste à supprimer certaines radiations d'une lumière polychromatique à l'aide de filtres, d'encres ou de peintures.

• Utilise les couleurs primaires : cyan, magenta, jaune
• La superposition de filtres sur le passage de la lumière polychromatique
• La superposition des trois couleurs primaires donne du noir
• Application : impression à jet d'encre

III. La couleur des objets

La couleur perçue d'un objet dépend de trois facteurs essentiels :

• La nature physique de l'objet
• La lumière qui l'éclaire
• L'observateur

Lorsqu'une lumière frappe un objet, elle peut être :

• Transmise (l'objet n'interagit pas)
• Diffusée (dans toutes les directions)
• Absorbée (l'objet s'échauffe)

Exemple pratique : Un citron jaune éclairé par une lumière magenta $rouge+bleu$ paraîtra rouge car la lumière bleue sera absorbée par le citron et seule la lumière rouge sera diffusée.

Les couleurs complémentaires (opposées sur le cercle chromatique) :

• Magenta et vert
• Jaune et bleu
• Rouge et cyan

Le Modèle de l'Œil et les Lentilles Convergentes

IV. Le modèle de l'œil réduit

L'œil humain peut être modélisé comme un système optique simplifié appelé "œil réduit" comprenant :

• Un diaphragme (modélisant l'iris et la pupille)
• Une lentille convergente (modélisant la cornée et le cristallin)
• Un écran (modélisant la rétine)

Concept important : La modélisation de l'œil réduit permet de comprendre comment l'image se forme sur la rétine et constitue la base pour étudier les défauts visuels comme la myopie ou l'hypermétropie.

V. Les lentilles convergentes

Une lentille mince est un système avec un matériau transparent à faces sphériques.

Types de lentilles :

• Lentille convergente : les rayons lumineux se focalisent en un point appelé foyer image (F')
• Lentille divergente : les rayons lumineux s'écartent les uns des autres

Éléments caractéristiques d'une lentille convergente :

• Centre optique (O)
• Axe optique (orienté dans le sens de propagation de la lumière)
• Foyer objet (F) et foyer image (F')
• Distance focale (f') : distance entre le centre O et le foyer F'

VI. Les tracés de rayons caractéristiques

Pour construire l'image d'un objet à travers une lentille, on utilise trois rayons particuliers :

1. Un rayon incident passant par le centre optique O n'est pas dévié
2. Un rayon passant par le foyer objet F ressort parallèle à l'axe optique
3. Un rayon incident parallèle à l'axe optique ressort par le foyer image F'

VII. Les caractéristiques de l'image formée

Relation de conjugaison : permet de déterminer la position de l'image A'B' formée. 1/OA' - 1/OA = 1/f'

Grandissement : compare la taille de l'image et celle de l'objet γ = A'B'/AB = OA'/OA

Propriétés de l'image :

• γ > 0 : Image droite (dans le sens de l'objet)
• γ < 0 : Image renversée
• |γ| > 1 : Image plus grande que l'objet
• |γ| < 1 : Image plus petite que l'objet

Méthode pratique : Pour déterminer les caractéristiques d'une image formée par une lentille convergente, on peut utiliser soit les formules de conjugaison et de grandissement, soit la construction graphique avec les rayons caractéristiques.