--- niveau: "4eme" discipline: "physique-chimie" theme_bo: "Des signaux pour observer et communiquer" chapitre: 13 titre: "Optique — Synthèse additive et soustractive des couleurs" duree_heures: 3 prerequis: - "6e-07 — Les matériaux" - "5e-09 — Sources de lumière" competences_bo: - "Distinguer lumière blanche et lumières colorées" - "Expliquer la synthèse additive et la synthèse soustractive des couleurs" competences_socle: - "D1.3 — Langages scientifiques" - "D2 — Méthodes et outils" - "D4 — Systèmes naturels et techniques" mots_cles: - lumière blanche - spectre - couleurs primaires - synthèse additive - synthèse soustractive - RGB - CMJ - filtres eval_diagnostique: "QCM prérequis sources de lumière" eval_formative: "TP synthèse additive et soustractive des couleurs" eval_sommative: "QCM H5P couleurs" --- # Chapitre 13 — Synthèse additive et soustractive des couleurs > *M. VERHILLE — Physique-Chimie · 4ème* --- ## Objectifs et compétences **Repères du programme de cycle 4 (BO 2020)** : - Distinguer lumière blanche et lumières colorées - Expliquer la synthèse additive et la synthèse soustractive des couleurs **Compétences du socle** : - D1.3 : Utiliser les langages scientifiques (schémas optiques, notation RGB/CMJ) - D4 : Systèmes naturels et techniques **À la fin de ce chapitre, l'élève sait** : - [ ] Citer les 3 couleurs primaires en synthèse additive (R, V, B) - [ ] Citer les 3 couleurs primaires en synthèse soustractive (C, M, J) - [ ] Expliquer comment obtenir les couleurs secondaires dans chaque synthèse - [ ] Distinguer les deux types de synthèse et leurs applications --- ## 1. La lumière 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. > **À retenir** : la lumière solaire possède un spectre large ; différentes compositions spectrales peuvent produire une même perception blanche. --- ## 2. La synthèse additive des couleurs ### Principe En synthèse additive, on **ajoute des lumières colorées** à partir de l'**absence de lumière** (noir). ### Couleurs primaires (lumières) | Couleur | Abréviation | Anglais | |---------|-------------|---------| | **Rouge** | R | Red (R) | | **Vert** | V | Green (G) | | **Bleu** | B | Blue (B) | > C'est le système **RGB** utilisé par les écrans (télévision, smartphone, ordinateur). ### Couleurs secondaires En superposant deux couleurs primaires, on obtient les **couleurs secondaires** : | Superposition | Résultat | |---------------|----------| | Rouge + Vert | **Jaune** | | Rouge + Bleu | **Magenta** | | Vert + Bleu | **Cyan** | | Rouge + Vert + Bleu | **Blanc** | > **Règle** : en synthèse additive, la superposition des trois couleurs primaires donne le **blanc**. ### Applications - **Écrans** (TV, téléphone, ordinateur) : chaque pixel est composé de trois sous-pixels R, V, B - **Éclairage de scène** (théâtre, concerts) : projecteurs de couleurs différentes - **Éclairages de scène** lors de spectacles à La Réunion : observer les superpositions de faisceaux sans regarder directement les sources --- ## 3. La synthèse 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 | Abréviation | |---------|-------------| | **Cyan** | C | | **Magenta** | M | | **Jaune** | J | > C'est le système **CMJ** (ou CMJN avec le Noir) utilisé en **imprimerie**. ### Couleurs secondaires En superposant deux couleurs primaires (pigments), on obtient : | Superposition | Résultat | |---------------|----------| | 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** (mélange de pigments) - **Filtres photographiques** (gélatines colorées) --- ## 4. Comparaison des deux synthèses | | Synthèse additive | Synthèse soustractive | |---|---|---| | **On part de** | Noir (absence de lumière) | Blanc (lumière totale) | | **On ajoute** | Des lumières | Des pigments / filtres | | **Couleurs primaires** | Rouge, Vert, Bleu (RGB) | Cyan, Magenta, Jaune (CMJ) | | **Toutes les primaires ensemble** | Blanc | Noir | | **Applications** | Écrans, projecteurs | Imprimerie, peinture | > **Astuce** : les couleurs secondaires d'une synthèse sont les couleurs primaires de l'autre ! --- ## 5. Activités expérimentales ### TP 1 — Synthèse additive avec des lampes - **Matériel** : 3 lampes (rouge, verte, bleue), écran blanc - **Protocole** : superposer les faisceaux 2 à 2 puis les 3 ensemble - **Observation** : identifier les couleurs secondaires et le blanc ### TP 2 — Synthèse soustractive avec des filtres - **Matériel** : source de lumière blanche, filtres colorés (cyan, magenta, jaune) - **Protocole** : placer les filtres 2 à 2 puis les 3 devant la source - **Observation** : identifier les couleurs obtenues et le noir ### TP 3 — Codage des couleurs (tableur) - **Matériel** : ordinateur + tableur (LibreOffice Calc) - **Protocole** : dans un tableau, entrer les valeurs R, V, B (0-255) de différentes couleurs et utiliser la mise en forme conditionnelle pour visualiser la couleur obtenue - **Objectif** : comprendre le lien entre codage numérique 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 - **Synthèse additive** (lumières) : R + V + B → Blanc — utilisée par les écrans - **Synthèse soustractive** (modèle idéal) : C + M + J → noir ; les pigments réels peuvent s’en écarter - Les couleurs secondaires d'une synthèse = couleurs primaires de l'autre --- ## 6. Couleur, pixels et information ### Les pixels : porteurs d'information Chaque image sur un écran est composée de milliers de **pixels** (picture elements). Chaque pixel est constitué de **3 sous-pixels** : rouge (R), vert (V) et bleu (B). | Propriété | Description | |---|---| | **Pixel** | Plus petit élément d'une image numérique | | **Sous-pixels** | 3 éléments R, V, B dont l'intensité varie de 0 à 255 | | **Couleur du pixel** | Résultat de la synthèse additive des 3 sous-pixels | | **Résolution** | Nombre de pixels (ex : 1920 × 1080 = ~2 millions de pixels) | ### Codage d'une couleur Chaque sous-pixel a une intensité de **0** (éteint) à **255** (intensité 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** codée sur 3 nombres. Une image de 2 millions de pixels transporte donc 6 millions de valeurs : c'est ainsi que la lumière transporte l'information visuelle dans les écrans. --- ## Erreurs fréquentes à éviter - **Confondre les deux synthèses** : additive = on ajoute de la lumière (vers le blanc), soustractive = on retire de la lumière (vers le noir) - **Confondre les couleurs primaires** : RGB pour les lumières, CMJ pour les pigments — ce ne sont pas les mêmes ! - **Croire que Rouge + Vert = Marron** : c'est vrai en peinture (soustractive), mais en lumière (additive) Rouge + Vert = Jaune - **Oublier que les écrans utilisent la synthèse additive** : même si on « voit » du jaune à l'écran, il n'y a pas de pixel jaune — ce sont des sous-pixels R et V allumés ensemble --- ## Différenciation - **Remédiation** : compléter un schéma des deux synthèses avec les couleurs manquantes (exercice à trous avec les disques de couleurs) - **Approfondissement** : rechercher comment fonctionnent les pixels d'un écran OLED et expliquer pourquoi les couleurs sont plus vives qu'un écran LCD --- ## Ressources associées - PDF source : `../sources/ch11-optique-couleurs/Cours-synthese-additive-soustractive.pdf` - Image : `../sources/ch11-optique-couleurs/synthese-additive-soustractive-couleurs.jpg` ## QCMs associés - 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` ## Navigation ← [[4e-12-representation-forces|Ch.12 — Représentation des forces]] | [[4-PROGRESSION|Progression 4eme]] | [[4e-14-son-frequence|Ch.14 — Le son et la fréquence]] →