Couleurs et longueurs d'onde de la lumière en physique-chimie Seconde - Vision et image

• 1 Violet : 380-450 nm
• 2 Indigo : 450-475 nm
• 3 Bleu : 475-495 nm
• 4 Vert : 495-570 nm
• 5 Jaune : 570-590 nm
• 6 Orange : 590-620 nm
• 7 Rouge : 620-750 nm

La lumière est une onde électromagnétique qui se propage à la vitesse c dans le vide.

La relation entre la longueur d'onde λ, la fréquence ν et la vitesse de la lumière c est :

Avec c ≈ 3,00 × 10⁸ m/s (vitesse de la lumière dans le vide)

Si on connaît la longueur d'onde d'une radiation, on peut calculer sa fréquence :

Par exemple, pour la lumière rouge (λ = 700 nm = 7,00 × 10⁻⁷ m) :

La rétine de l'œil contient deux types de cellules photosensibles :

• 1 Bâtonnets : sensibles à la luminosité (vision en noir et blanc)
• 2 Cônes : sensibles aux couleurs (vision en couleur)

Il existe trois types de cônes sensibles à différentes longueurs d'onde :

• 1 Cônes S (bleu) : sensibles aux courtes longueurs d'onde
• 2 Cônes M (vert) : sensibles aux longueurs d'onde moyennes
• 3 Cônes L (rouge) : sensibles aux longues longueurs d'onde

Le cerveau analyse les signaux provenant des trois types de cônes pour déterminer la couleur perçue.

La combinaison des signaux des cônes S, M et L permet de percevoir toutes les couleurs du spectre visible.

La synthèse additive consiste à combiner des lumières colorées pour obtenir d'autres couleurs.

Les couleurs primaires de la synthèse additive sont :

• 1 Rouge (longues longueurs d'onde)
• 2 Vert (longueurs d'onde moyennes)
• 3 Bleu (courtes longueurs d'onde)

• 1 Rouge + Vert = Jaune
• 2 Rouge + Bleu = Magenta
• 3 Vert + Bleu = Cyan
• 4 Rouge + Vert + Bleu = Blanc

Les écrans LCD, LED et OLED reproduisent les couleurs en combinant des pixels rouges, verts et bleus.

Chaque pixel émet une lumière de longueur d'onde spécifique pour créer la couleur désirée.

La précision des longueurs d'onde détermine la fidélité des couleurs.

Les capteurs numériques reproduisent la sensibilité des cônes de l'œil humain.

Les filtres colorés permettent de capturer les composantes rouge, verte et bleue de la lumière.

La restitution fidèle des couleurs dépend de la précision des longueurs d'onde.

La spectroscopie consiste à analyser la lumière émise ou absorbée par une substance.

Chaque élément chimique possède un spectre caractéristique de raies d'émission ou d'absorption.

En identifiant les longueurs d'onde présentes, on peut déterminer la composition chimique.

• 1 Analyse de la composition stellaire
• 2 Contrôle qualité en industrie
• 3 Identification de molécules
• 4 Recherche médicale
• 5 Astronomie

Un laser émet une lumière de longueur d'onde unique (ou presque unique).

La lumière laser est dite monochromatique car elle est constituée d'une seule longueur d'onde.

Différents types de lasers émettent à différentes longueurs d'onde :

• 1 Laser hélium-néon (632,8 nm - rouge)
• 2 Laser Nd:YAG (1064 nm - infrarouge)
• 3 Laser argon (488 nm - bleu-vert)
• 4 Laser CO₂ (10,6 μm - infrarouge lointain)

• 1 Chirurgie médicale précise
• 2 Lecteurs CD/DVD
• 3 Fibres optiques
• 4 Mesures de précision
• 5 Impression laser

La loi de Wien relie la température d'un corps à la longueur d'onde de son rayonnement maximal :

Où :

• λ_max est la longueur d'onde du rayonnement maximal (en m)
• T est la température absolue en kelvin (K)

• 1 Corps à 3000 K : rayonnement maximal vers 966 nm (infrarouge, rougeoyant)
• 2 Corps à 6000 K : rayonnement maximal vers 483 nm (proche du vert)
• 3 Corps à 10000 K : rayonnement maximal vers 290 nm (proche de l'ultraviolet)

C'est pourquoi les étoiles chaudes apparaissent bleues et les étoiles froides apparaissent rouges.

• 1 Détecteurs de billets de banque falsifiés (UV)
• 2 Systèmes de vision nocturne (infrarouge)
• 3 Caméras de surveillance (lumière visible)
• 4 Lecteurs de codes-barres (lumière rouge)

Les filtres colorés permettent de ne transmettre que certaines longueurs d'onde.

Ils sont utilisés dans de nombreux domaines :

• Photographie (filtres polarisants, densité neutre)
• Médecine (imagerie médicale)
• Recherche (analyse spectroscopique)
• Sécurité (détection de substances)

La synthèse soustractive consiste à combiner des pigments ou des filtres qui absorbent certaines longueurs d'onde.

Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont :

• 1 Cyan (absorbe le rouge)
• 2 Magenta (absorbe le vert)
• 3 Jaune (absorbe le bleu)

• 1 Cyan + Magenta = Bleu
• 2 Cyan + Jaune = Vert
• 3 Magenta + Jaune = Rouge
• 4 Cyan + Magenta + Jaune = Noir

On utilise la relation : c = λ × ν

Donc : ν = c / λ

Avec λ = 532 nm = 532 × 10⁻⁹ m

L'énergie d'un photon est donnée par la relation d'Einstein : E = h × ν

La radiation de longueur d'onde 532 nm se situe dans la région verte du spectre visible (495-570 nm).

L'œil humain perçoit cette longueur d'onde comme la couleur verte.

C'est pourquoi le laser apparaît vert.

La puissance du laser est de 5 mW = 5 × 10⁻³ W

Chaque photon transporte une énergie E = 3,74 × 10⁻¹⁹ J

Le nombre de photons émis par seconde est : n = P/E

• Chaque couleur visible correspond à une plage de longueurs d'onde
• Le spectre visible s'étend de 380 nm (violet) à 750 nm (rouge)
• La lumière blanche est composée de toutes les couleurs du spectre visible

• c = λ × ν (relation entre vitesse, longueur d'onde et fréquence)
• E = h × ν (énergie d'un photon)
• λ_max × T = constante (loi de Wien)

• Synthèse additive : combinaison de lumières (R+V+B = Blanc)
• Synthèse soustractive : combinaison de pigments (C+M+J = Noir)