M. VERHILLE — Physique-Chimie · 4eme
Objectifs et competences
Repères du programme de cycle 4 (BO 2020) :
- Distinguer lumiere blanche et lumieres colorees
- Expliquer la synthese additive et la synthese soustractive des couleurs
Competences du socle :
- D1.3 : Utiliser les langages scientifiques (schemas optiques, notation RGB/CMJ)
- D4 : Systemes naturels et techniques
A la fin de ce chapitre, l'eleve sait :
1. La lumiere blanche
La lumière solaire contient un large spectre de radiations visibles, que l’on peut décomposer avec un prisme. La couleur blanche perçue ne signifie toutefois pas qu’une source contient nécessairement toutes les longueurs d’onde : une synthèse additive équilibrée de lumières rouge, verte et bleue peut aussi être perçue blanche.
A retenir : la lumière solaire possède un spectre large ; différentes compositions spectrales peuvent produire une même perception blanche.
2. La synthese additive des couleurs
Principe
En synthese additive, on ajoute des lumieres colorees a partir de l'absence de lumiere (noir).
Couleurs primaires (lumieres)
| Couleur | Abreviation | Anglais |
|---|---|---|
| Rouge | R | Red (R) |
| Vert | V | Green (G) |
| Bleu | B | Blue (B) |
C'est le systeme RGB utilise par les ecrans (television, smartphone, ordinateur).
Couleurs secondaires
En superposant deux couleurs primaires, on obtient les couleurs secondaires :
| Superposition | Resultat |
|---|---|
| Rouge + Vert | Jaune |
| Rouge + Bleu | Magenta |
| Vert + Bleu | Cyan |
| Rouge + Vert + Bleu | Blanc |
Regle : en synthese additive, la superposition des trois couleurs primaires donne le blanc.
Applications
- Ecrans (TV, telephone, ordinateur) : chaque pixel est compose de trois sous-pixels R, V, B
- Eclairage de scene (theatre, concerts) : projecteurs de couleurs differentes
- Éclairages de scène lors de spectacles à La Réunion : observer les superpositions de faisceaux sans regarder directement les sources
3. La synthese soustractive des couleurs
Principe
En synthèse soustractive, des filtres transmettent certaines radiations et en absorbent d’autres ; des pigments absorbent une partie de la lumière qui éclaire un support. Les tableaux suivants décrivent des filtres ou pigments idéaux, éclairés en lumière blanche.
Couleurs primaires (pigments)
| Couleur | Abreviation |
|---|---|
| Cyan | C |
| Magenta | M |
| Jaune | J |
C'est le systeme CMJ (ou CMJN avec le Noir) utilise en imprimerie.
Couleurs secondaires
En superposant deux couleurs primaires (pigments), on obtient :
| Superposition | Resultat |
|---|---|
| Cyan + Magenta | Bleu |
| Cyan + Jaune | Vert |
| Magenta + Jaune | Rouge |
| Cyan + Magenta + Jaune | Noir |
Dans le modèle idéal, la superposition des trois primaires donne le noir. Des pigments réels peuvent donner un mélange sombre imparfait : c’est une raison d’utiliser aussi une encre noire en imprimerie.
Applications
- Imprimantes couleur (cartouches C, M, J, N)
- Peinture et arts plastiques (melange de pigments)
- Filtres photographiques (gelatines colorees)
4. Comparaison des deux syntheses
| Synthese additive | Synthese soustractive | |
|---|---|---|
| On part de | Noir (absence de lumiere) | Blanc (lumiere totale) |
| On ajoute | Des lumieres | Des pigments / filtres |
| Couleurs primaires | Rouge, Vert, Bleu (RGB) | Cyan, Magenta, Jaune (CMJ) |
| Toutes les primaires ensemble | Blanc | Noir |
| Applications | Ecrans, projecteurs | Imprimerie, peinture |
Astuce : les couleurs secondaires d'une synthese sont les couleurs primaires de l'autre !
5. Activites experimentales
TP 1 — Synthese additive avec des lampes
- Materiel : 3 lampes (rouge, verte, bleue), ecran blanc
- Protocole : superposer les faisceaux 2 a 2 puis les 3 ensemble
- Observation : identifier les couleurs secondaires et le blanc
TP 2 — Synthese soustractive avec des filtres
- Materiel : source de lumiere blanche, filtres colores (cyan, magenta, jaune)
- Protocole : placer les filtres 2 a 2 puis les 3 devant la source
- Observation : identifier les couleurs obtenues et le noir
TP 3 — Codage des couleurs (tableur)
- Materiel : ordinateur + tableur (LibreOffice Calc)
- Protocole : dans un tableau, entrer les valeurs R, V, B (0-255) de differentes couleurs et utiliser la mise en forme conditionnelle pour visualiser la couleur obtenue
- Objectif : comprendre le lien entre codage numerique et perception visuelle
Bilan — Ce qu'il faut retenir
- La lumière solaire possède un spectre large ; du blanc peut aussi être obtenu par une synthèse additive équilibrée
- Synthese additive (lumieres) : R + V + B → Blanc — utilisee par les ecrans
- Synthèse soustractive (modèle idéal) : C + M + J → noir ; les pigments réels peuvent s’en écarter
- Les couleurs secondaires d'une synthese = couleurs primaires de l'autre
6. Couleur, pixels et information
Les pixels : porteurs d'information
Chaque image sur un ecran est composee de milliers de pixels (picture elements). Chaque pixel est constitue de 3 sous-pixels : rouge (R), vert (V) et bleu (B).
| Propriete | Description |
|---|---|
| Pixel | Plus petit element d'une image numerique |
| Sous-pixels | 3 elements R, V, B dont l'intensite varie de 0 a 255 |
| Couleur du pixel | Resultat de la synthese additive des 3 sous-pixels |
| Resolution | Nombre de pixels (ex : 1920 × 1080 = ~2 millions de pixels) |
Codage d'une couleur
Chaque sous-pixel a une intensite de 0 (eteint) a 255 (intensite maximale).
| Couleur | Code (R, V, B) |
|---|---|
| Noir | (0, 0, 0) |
| Blanc | (255, 255, 255) |
| Rouge pur | (255, 0, 0) |
| Jaune | (255, 255, 0) |
Chaque pixel transporte une information de couleur codee sur 3 nombres. Une image de 2 millions de pixels transporte donc 6 millions de valeurs : c'est ainsi que la lumiere transporte l'information visuelle dans les ecrans.
Erreurs frequentes a eviter
- Confondre les deux syntheses : additive = on ajoute de la lumiere (vers le blanc), soustractive = on retire de la lumiere (vers le noir)
- Confondre les couleurs primaires : RGB pour les lumieres, CMJ pour les pigments — ce ne sont pas les memes !
- Croire que Rouge + Vert = Marron : c'est vrai en peinture (soustractive), mais en lumiere (additive) Rouge + Vert = Jaune
- Oublier que les ecrans utilisent la synthese additive : meme si on « voit » du jaune a l'ecran, il n'y a pas de pixel jaune — ce sont des sous-pixels R et V allumes ensemble
Differenciation
- Remediation : completer un schema des deux syntheses avec les couleurs manquantes (exercice a trous avec les disques de couleurs)
- Approfondissement : rechercher comment fonctionnent les pixels d'un ecran OLED et expliquer pourquoi les couleurs sont plus vives qu'un ecran LCD
Ressources associees
- PDF source : ../sources/ch11-optique-couleurs/Cours-synthese-additive-soustractive.pdf
- Image : ../sources/ch11-optique-couleurs/synthese-additive-soustractive-couleurs.jpg
QCMs associes
- Évaluation formative : les TP de synthèse et leur compte rendu. Aucun QCM couleurs dédié n’est fourni dans cette série ; le QCM atmosphère évalue un autre chapitre.
- Sources images : ../sources/ch11-optique-couleurs/filtres-colores-rouge-cyan.jpg
- Sources images : ../sources/ch11-optique-couleurs/synthese-additive-soustractive-RVB-CMJ.jpg
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