Comment distinguons-nous les couleurs ?
A- La lumière blanche
1) La lumière blanche et l’expérience de Newton
La lumière blanche est aussi bien émise par le soleil que par une ampoule électrique. Elle se déplace à la vitesse de 300 000km/s. Elle est formée d'un mélange de couleurs : ce sont les couleurs de l'arc-en-ciel qui composent le "spectre" de la lumière visible. Cette lumière blanche est un ensemble de couleurs différentes possédant chacune une fréquence et une longueur d’onde différente : le rouge, l'orange, le jaune, le vert, le bleu, l'indigo et le violet.
couleur | Longueur d'onde (nanomètre) (nm) | |
> 780 | ||
~ 625-740 | ||
~ 590-625 | ||
~ 565-590 | ||
~ 520-565 | ||
~ 446-520 | ||
~ 380-446 | ||
< 380 |
Au XVIIIème siècle, Isaac Newton (1642-1727)découvrit les spectres des couleurs. Au cours de ses expériences il remarqua que l’œil humain ne permet pas la reconnaissance de combinaisons de couleurs. Ainsi à l’intersection d’un faisceau lumineux vert et d’un faisceau lumineux bleu, l’œil voit du cyan.
Vers 1666, Isaac Newton réalisa une expérience à l’origine de toutes les théories par rapport à la lumière et à la couleur.
Il prit un prisme de verre et le passa devant son volet entrouvert dans sa chambre obscurcie. Mais rien ne sa passa avant qu’il n’eut l’idée de placer une feuille blanche comme écran de projection devant le rayon lumineux. Il a obtenu ce qu’appellent les physiciens : un « spectre ». Pour Newton, c'est le prisme qui aurait décomposé la lumière du soleil (dite blanche) en un éventail de lumières colorées.
2) Absorption et diffusion de la lumière par les objets
Les objets que nous voyons ne sont pas les objets eux-mêmes qui nous entourent mais une partie de la lumière qu'ils nous renvoient. Certains objets ne sont visibles que parce qu'ils émettent de la lumière. Ainsi nous pouvons voir les ampoules électriques, les flammes, les étoiles ou les lucioles car elles produisent de la lumière qui arrive jusqu'à nos yeux. Dans le cas d'une étoile, c'est la lumière émise par cette étoile il y a plusieurs années que nous voyons. Si cette étoile s'éteint aujourd'hui, nous la verrons encore pendant plusieurs années. Mais la plupart des objets qui nous entourent ne produisent pas de lumière. Si nous les voyons, c'est parce qu'ils réfléchissent une partie de la lumière qui arrive jusqu'à eux.
Lorsqu'un rayon lumineux arrive à la surface d'un objet, une partie de la lumière y pénètre et le reste est renvoyé vers l'arrière, soit dans une direction bien définie si la surface est polie, soit dans toutes les directions si elle ne l'est pas. On dit, dans ce dernier cas, que la surface diffuse la lumière. La lumière qui a pénétré dans l'objet s'engage plus ou moins loin, suivant la façon dont le matériau l'absorbe. Cette absorption est due au fait que les corps ont la propriété de capter certaines longueurs d'onde de la lumière qui les éclaire. Cette absorption est due à la composition chimique ainsi qu'à la structure atomique des corps.
S'il est transparent et mince, une quantité appréciable de lumière peut ressortir de l'autre coté (on ne prendra en compte ni le miroir qui réfléchit, ni la vitre qui transmet, mais seulement les objets dont la surface diffuse une partie de la lumière reçue, tandis que le reste est neutralisé).
Remarque :
La pomme rouge est un corps absorbant toutes les couleurs sauf le rouge qu'elle diffuse dans toutes les directions en étant éclairée par la lumière blanche d'une lampe. C'est un objet diffusant ou source secondaire.
Le velours noir absorbe tout et ne diffuse rien. Un champ de neige, au contraire, diffuse presque tout ce qu'il reçoit, et n'absorbe a peu près rien.
Il prit un prisme de verre et le passa devant son volet entrouvert dans sa chambre obscurcie. Mais rien ne sa passa avant qu’il n’eut l’idée de placer une feuille blanche comme écran de projection devant le rayon lumineux. Il a obtenu ce qu’appellent les physiciens : un « spectre ». Pour Newton, c'est le prisme qui aurait décomposé la lumière du soleil (dite blanche) en un éventail de lumières colorées.
2) Absorption et diffusion de la lumière par les objets
Les objets que nous voyons ne sont pas les objets eux-mêmes qui nous entourent mais une partie de la lumière qu'ils nous renvoient. Certains objets ne sont visibles que parce qu'ils émettent de la lumière. Ainsi nous pouvons voir les ampoules électriques, les flammes, les étoiles ou les lucioles car elles produisent de la lumière qui arrive jusqu'à nos yeux. Dans le cas d'une étoile, c'est la lumière émise par cette étoile il y a plusieurs années que nous voyons. Si cette étoile s'éteint aujourd'hui, nous la verrons encore pendant plusieurs années. Mais la plupart des objets qui nous entourent ne produisent pas de lumière. Si nous les voyons, c'est parce qu'ils réfléchissent une partie de la lumière qui arrive jusqu'à eux.
Lorsqu'un rayon lumineux arrive à la surface d'un objet, une partie de la lumière y pénètre et le reste est renvoyé vers l'arrière, soit dans une direction bien définie si la surface est polie, soit dans toutes les directions si elle ne l'est pas. On dit, dans ce dernier cas, que la surface diffuse la lumière. La lumière qui a pénétré dans l'objet s'engage plus ou moins loin, suivant la façon dont le matériau l'absorbe. Cette absorption est due au fait que les corps ont la propriété de capter certaines longueurs d'onde de la lumière qui les éclaire. Cette absorption est due à la composition chimique ainsi qu'à la structure atomique des corps.
S'il est transparent et mince, une quantité appréciable de lumière peut ressortir de l'autre coté (on ne prendra en compte ni le miroir qui réfléchit, ni la vitre qui transmet, mais seulement les objets dont la surface diffuse une partie de la lumière reçue, tandis que le reste est neutralisé).
Remarque :
La pomme rouge est un corps absorbant toutes les couleurs sauf le rouge qu'elle diffuse dans toutes les directions en étant éclairée par la lumière blanche d'une lampe. C'est un objet diffusant ou source secondaire.
Le velours noir absorbe tout et ne diffuse rien. Un champ de neige, au contraire, diffuse presque tout ce qu'il reçoit, et n'absorbe a peu près rien.
B - Schéma de l’œil humain
La vue fait partie des cinq sens de l'être humain avec l'ouïe, le toucher, le goût et l'odorat. Elle est le sens le plus important et donc le plus utilisé. La vue se fait par l'intermédiaire d'un organe complexe, l'œil.
C - Les acteurs de notre vision
1) Historique
En 1801, le médecin et physicien Thomas Young (1773-1829) expose sa "Théorie de la vision trichromatique" : trois couleurs doivent suffire pour recréer toutes les couleurs. En outre, lorsque celles-ci sont mélangées en proportions égales, cela donne du blanc.En 1802, il propose que la vision des couleurs résulte de l’excitation de trois types de détecteurs.
En 1807, il décrit les trois couleurs primaires, comme le violet, le vert et le rouge (idée démontrée en 1859 par le physicien écossais James Clerck Maxwell en obtenant toutes les couleurs par le mélange de trois faisceaux lumineux provenant du spectre de la lumière). Hypothèse selon laquelle notre système de perception de la couleur serait basé sur trois types de cônes, dont chacun contient un pigment différent qui réagit à des ondes lumineuses de longueurs différentes :
L’un aux ondes longues, appelé Cône L, sensible au rouge (580 nm), son pic de sensibilité est à 565nm.
Un autre aux ondes moyennes, appelé Cône M, sensible au vert (545 nm), son pic de sensibilité se situe à 530 nm.
Et le troisième aux ondes courtes, appelé Cône S, sensible au bleu (440 nm), son pic de sensibilité se trouve à 420 nm.
James Clerk Maxwell 1831-1879
Remarque:
Le pigment bleu absorbe surtout les rayonnements visibles de courtes longueurs d’ondes, tandis que le vert et le rouge captent plutôt les moyennes et grandes longueurs d’ondes.
Chez 10% des hommes et 50% des femmes, il existe un quatrième type de cône sensible aux oranges, on les nomme « tétrachromates ».
Les pigments et les cônes
Remarque :
Grâce à la superposition de ces trois sources colorées (rouge, vert, bleu) à différentes intensités, notre œil est capable de reproduire toutes les couleurs et nous permet de distinguer une infinité de couleurs.
2) La rétine
Elle contient plusieurs types de cellules dont les photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets. En effet, elle possède 125 millions de bâtonnets et 7 millions de cônes. Les cônes se situent sur la fovéa, point central de la vision, où notre acuité visuelle est la plus performante, qui se situe non loin du nerf optique.
3) Les bâtonnets
Il y a dans chaque œil environ 125 millions de bâtonnets répartis sur la majeure partie de la rétine. Les bâtonnets réagissent 100 fois plus à la lumière que les cônes. Ils ne s’activent qu’à l’intensité lumineuse et aident à la vision nocturne (lorsqu’il n’y a pas assez de lumière pour exciter les cônes). Ils ne servent que pour les nuances de gris, ce qui explique que nous voyons des formes, et non des couleurs dans l’obscurité.
4) Les cônes
Les cônes sont moins sensibles à la lumière que les bâtonnets, mais distinguent les différentes couleurs. Les cônes sont des cellules et nous en possédons 7 millions chacun ; ils nous servent à la vision au quotidien et à la différenciation des couleurs. Ces derniers sont plus courts et plus épais que les bâtonnets, mais réagissent 4 fois plus vite. Les cônes ont besoin de plus de lumière que les bâtonnets pour être activés.
D - La Transmission de la perception colorée
Les cônes et les bâtonnets étant excités par les rayons lumineux, ces derniers réagissent alors en libérant des impulsions électriques, par lesquelles l’information visuelle sera transmise jusqu’au cerveau. Ces signaux se propagent le long du nerf optique, qui débouche dans le cortex visuel, dans une zone dédiée à la reconnaissance des couleurs, conçue pour faire la part entre chaque signal provenant des trois types de cônes que nous possédons.
Mais notre œil a besoin de l’intervention d’autres centres cérébraux pour que ce dernier prenne réellement conscience de la perception colorée. Le trajet de ce rayon jusqu’au cerveau prend à peine une cinquantaine de millisecondes.
Bien que l’œil possède des millions de cellules visuelles, elles ne se régénèrent pas, aucune méthode ne permet d’améliorer les performances colorées d’un daltonien.