Les couleurs : synthèse additive et soustractive

Sommaire

Introduction
Le spectre du visible
La synthèse additive
La synthèse soustractive (filtre)
Objet éclairé par une lumière
Exercices

Introduction
Nous allons voir dans ce chapitre la synthèse additive et soustractive des couleurs.
Cela peut servir dans d’autres chapitres comme le chapitre sur la transmission de données avec les pixels notamment (le modèle RVB).

Le spectre du visible

Rappelons tout d’abord que le spectre du visible se situe entre les longueurs d’onde 400nm et 800nm :

Chaque longueur d’onde correspond à une couleur particulière.
Une onde peut être composée d’une ou plusieurs longueurs d’onde.
Si elle est composée d’une seule longueur d’onde, on parle d’onde monochromatique : il n’y a qu’une seule « couleur » dans l’onde.
Si elle est composée de plusieurs longueurs d’onde, on parle d’onde polychromatique : il a plusieurs « couleurs » dans l’onde.
Facile à retenir : chroma signifie couleur en grec, mono veut dire 1 et poly plusieurs, d’où l’explication qui précède^^
Si l’onde est polychromatique, tu ne verras en réalité qu’une seule couleur car les différentes couleurs vont d’additionner pour n’en donner qu’une (c’est la synthèse additive que l’on verra plus bas).

Quand tu vois une couleur, cela veut donc dire qu’il y a une onde lumineuse avec une ou plusieurs longueurs d’onde qui appartiennent au domaine du visible (entre 400 et 800 nm).

Pour te souvenir facilement du fait que le violet-bleu correspond à 400 nm et le rouge à 800 nm et non l’inverse, pense au drapeau français : bleu blanc rouge !
Donc le bleu est à gauche et le rouge à droite

En parlant du blanc du drapeau, tu remarqueras que la couleur blanche n’apparaît pas dans le spectre, ni la couleur noire…
Nous allons voir pourquoi !

La synthèse additive

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Tu sais peut-être déjà qu’il y a trois couleurs primaires : le rouge, le vert et le bleu. C’est ce qu’on appelle le modèle RVB (Rouge-Vert-Bleu).
Si l’on mélange deux de ces couleurs on obtient une nouvelle couleur. On obtient alors la figure suivante :

Schéma de la synthèse additive

Comment lire cette figure ?
On a trois cercles principaux correspondant aux couleurs primaires : rouge, vert et bleu.
Quand les deux cercles se croisent, cela donne une nouvelle couleur :
– le vert et le bleu donne du cyan ;
– le vert et le rouge donne du jaune ;
– le bleu et le rouge donne du magenta.

Les trois couleurs cyan, jaune et magenta sont appelées couleurs secondaires.

Et si on mélange les trois couleurs primaires ?
Cela correspond à la zone où les trois cercles se croisent, c’est-à-dire au centre : cela donne du blanc !
Donc vert + bleu + rouge = blanc.

Le blanc est donc la superposition de couleurs, ce pourquoi il n’apparaît pas directement dans le spectre du visible.

Et le noir alors ??
Le noir correspond en fait à l’absence de couleur !
Le noir n’est donc pas une couleur mais correspond à l’absence de couleur, c’est-à-dire l’absence de rayons lumineux ! En effet, on a vu plus haut que la lumière correspond en fait à une onde lumineuse.
Pas de rayon lumineux = pas de couleur = noir.

Apprends bien ce cercle par cœur car il n’est généralement pas donné en contrôle mais tu devras t’en servir !!

Dernière chose avant de passer à la suite : le cercle permet de connaître les couleurs complémentaires.
La couleurs complémentaire est la couleur « en face » d’une autre couleur dans le schéma.
Ainsi, le complémentaire du rouge est le cyan (et le complémentaire du cyan est donc le rouge), le complémentaire du jaune est le bleu (et inversement) et le complémentaire du vert est le magenta (et réciproquement).
Cas particulier : le complémentaire du blanc est le… noir évidemment
En effet, on a dit que le blanc correspondait à toutes les couleurs, et le noir à l’absence de couleur, ce qui explique que le complémentaire du blanc soit le noir et réciproquement.
Nous nous servirons de tout cela dans la synthèse soustractive.

Petite particularité : si on additionne une couleur et son complémentaire, on obtient du blanc !
En effet, supposons que l’onde additionne du rouge et du cyan (qui sont des couleurs complémentaires).
Le cyan est composé de vert et de bleu.
Donc rouge + cyan = rouge + vert + bleu = blanc !
On peut faire le même raisonnement pour les autres couleurs complémentaires.

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Quand on additionne une couleur et son complémentaire, on obtient du blanc.
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Sache maintenant que les couleurs c’est comme les chiffres, on peut les additionner, mais aussi les soustraire, d’où la synthèse soustractive !

La synthèse soustractive

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Mais comment soustraire des couleurs ?

Tout d’abord, il faut que tu comprennes le fonctionnement de la perception des couleurs par l’Homme avec les ondes lumineuses dont on a parlé précédemment.

Pour que tu vois tu rouge, il faut qu’un rayon lumineux rouge arrive dans tes yeux :

Mais on peut mettre sur le trajet du rayon lumineux ce que l’on appelle un filtre coloré.

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Un filtre coloré laisse passer les ondes lumineuses ayant certaines longueurs d’onde et absorbe les autres.
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C’est un peu comme une passoire avec des trous : les objets étant plus petits que les trous passent à travers mais pas les autres : ces derniers sont filtrés.

Le principe d’un filtre coloré est le suivant :

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Un filtre coloré laisse passer les longueurs d’onde correspondant à sa couleur et filtre toutes les autres, à savoir sa couleur complémentaire.
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Par exemple, un filtre vert laisse passer le vert mais filtre sa couleur complémentaire : le magenta, et donc filtre le rouge et le bleu (puisque le magenta est composé de rouge et de bleu).
Un filtre cyan laisse passer le cyan (donc le vert et le bleu) mais filtre sa couleur complémentaire : le rouge.
Un filtre noir laissera passer… rien puisque le noir n’est pas une couleur, et absorbera son complémentaire donc le blanc, c’est-à-dire toutes les couleurs !

Voyons ce que cela donne avec des schémas, sachant que la couleur blanche sera représentée par un faisceau rouge-vert-bleu.

Que s’est-il passé ?
Le filtre rouge laisse passer le rouge et absorbe son complémentaire donc le cyan composé de vert et de bleu. Donc le filtre rouge absorbe le vert et le bleu.
Dans le 1er cas, le rayon rouge n’est donc pas filtré, il traverse le filtre.
Mais dans le 2ème, le rayon vert est absorbé, donc rien ne passe ! La personne ne perçoit donc aucun rayon lumineux, donc du noir.

Autre exemple :

Le filtre magenta (composé de rouge et de bleu) laisse passer le magenta donc le rouge et le bleu, et filtre le complémentaire donc le vert.
Dans le 1er cas le filtre laisse passer le rouge, mais dans le 2ème il absorbe le vert.

Autre exemple avec de la lumière blanche cette fois-ci :

Dans le 1er cas, le filtre magenta laisse passer le magenta (donc le bleu et le rouge) et filtre le complémentaire du magenta donc le vert.
Comme il arrive de la lumière blanche (rouge + bleu + vert), seuls les rayons bleu et rouge traversent le filtre, ce qui donne du magenta de l’autre côté du filtre.
Dans le 2ème cas, le filtre vert laisse passer le vert et filtre le complémentaire du vert donc le magenta composé de bleu et de rouge, donc le filtre absorbe le bleu et le rouge.
Comme il arrive de la lumière blanche (rouge + bleu + vert), seul le rayon vert traverse le filtre, ce qui donne du vert de l’autre côté du filtre.
De manière générale, on peut dire que :

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Si de la lumière blanche arrive sur un filtre, le rayon lumineux en sortie du filtre sera de la couleur du filtre.
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C’est d’ailleurs la raison pour laquelle un filtre bleu paraît bleu, un filtre vert paraît vert etc…

Voyons maintenant un exemple où le rayon lumineux de base est une couleur secondaire :

Dans le 1er cas, le filtre bleu laisse passer le bleu et absorbe le jaune donc absorbe le vert et le rouge.
Le magenta étant composé de bleu et de rouge, le bleu passera mais pas le rouge qui sera absorbé, on aura donc du bleu.
Dans le 2ème cas, le filtre bleu laisse passer le bleu et absorbe le jaune. Donc le rayon jaune est absorbé : rien ne passe !

De la même manière qu’il existe un schéma chromatique pour la synthèse additive (vu ci-dessus), il en existe un pour la synthèse soustractive mais le principe est différent.
On considère que l’on a de la lumière blanche en entrée, et que l’on va superposer des filtres de couleur secondaire, donc jaune, magenta et cyan, et on regarde les couleurs que l’on obtient de l’autre côté :

La figure observée par la personne est la suivante, elle correspond à la synthèse soustractive :

Pourquoi obtient-on cela ?
Comme vu précédemment, comme avant le filtre il y a de la lumière blanche, la couleur perçue quand la lumière traverse uniquement un filtre (le jaune, le cyan ou le magenta) est la couleur de ce filtre.
S’il y a superposition de 2 filtres, par exemple le magenta et le jaune : le magenta filtrant le vert et le jaune filtrant le bleu, seul le rouge passe : l’observateur perçoit du rouge.
Au centre il y a superposition des 3 filtres, l’un filtre le rouge, l’autre le vert et l’autre le bleu donc aucune couleur ne passe : l’observateur perçoit du noir.

Si on met les cercles des synthèses additives et soustractives l’un à côté de l’autre, on se rend compte que l’un correspond au complémentaire de l’autre :

On peut aussi remarquer que les couleurs complémentaires sont inversées : dans celui de la synthèse soustractive, on a inversé la position du bleu et du jaune, du cyan et du rouge, du vert et du magenta, et le blanc est devenu noir (sa couleur complémentaire).
Cela est notamment dû au fait que, comme on l’a vu précédemment, l’addition d’une couleur et de son complémentaire donne du blanc.

Objet éclairé par une lumière

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Quand un objet coloré est éclairé par une lumière coloré, il se comporte comme un filtre : il va réfléchir les longueurs d’onde correspondant à sa couleur et filtrer les autres.
Par exemple une pomme rouge réfléchira le rouge mais filtrera con complémentaire, le cyan.
Ainsi la pomme peut paraître rouge si la lumière l’éclairant comporte du rouge mais elle peut être perçue d’une autre couleur si la lumière l’éclairant n’en comporte pas.

Dans le 2ème cas, comme le rouge de la pomme filtre le cyan (donc le vert et le bleu), l’onde verte est absorbée par la pomme et aucune onde n’est transmise : l’observateur voit donc la pomme noire.
Dans le 3ème cas, le magenta étant composé de bleu et de rouge, la pomme absorbe le bleu mais réfléchit le rouge : la pomme est donc vue rouge.

Nous verrons dans les exercices le cas d’un objet jaune qui peut être vue jaune, noire, rouge ou vert suivant le lumière qui l’éclaire.

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Retiens donc la chose suivante : un objet réfléchit la lumière correspondant à sa couleur et filtre sa couleur complémentaire, comme un filtre.
La différence est que l’objet réfléchit la lumière (onde réfléchie) alors que le filtre laisse passer la lumière (onde transmise), mais les deux absorbent de la lumière (onde absorbée).
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Exercices

Les exercices seront bientôt disponibles !

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