Qu’est-ce qu’une couleur ?

Une petite vidéo sur un thème en apparence simple, mais qui cache quelques subtilités ! Notamment quand on commence à comparer notre perception de la lumière et celle des sons…

Parmi les choses dont je ne parle pas dans la vidéo, il y a bien sûr l’injustice que je fais à nos yeux vis-à-vis de nos oreilles : évidemment la grande force de la vue, c’est sa directionnalité ! Ce qui fait qu’on ne perçoit pas un unique mélange de longueurs d’ondes sur notre rétine, mais toute une image; alors que nos oreilles sont limitées dans leur capacité à déterminer la provenance d’un son.

Autre sujet que je n’ai pas traité par manque de place, cette formidable question de savoir si mon rouge est le même que votre rouge. Ca n’a l’air de rien, mais cette interrogation est à la base de nombreux débats philosophiques, via l’expérience de pensée du spectre inversé. Il faudra que j’écrive un jour sur ce sujet !

15 réflexions sur “Qu’est-ce qu’une couleur ?

  1. Bravo! Les couleurs, c’était l’un des sujets que j’attendais.
    Et l’avoir traité en faisant un parallèle avec les sons m’a surpris, … mais effectivement c’est une approche qui l’ enrichie.
    Le sujet est très vaste : une suite pourrait encore l’approfondir, non?
    Un exemple amusant, établir un parallèle entre écran TV et peinture ! Le blanc c’est l’activation des 3 récepteurs bleu, vert, rouge de l’œil et le rose l’absence d’activation des récepteurs vert. Certainement, mais quand je fais de la peinture, j’obtiens le rose en atténuant le rouge avec du blanc. Et en mélangeant du rouge et du bleu, essayez, vous verrez un violet ! Le violet, la couleur proche de l’ultra violet! Le rouge, longueur d’onde élevée, réduit la longueur d’onde du bleu? Pourquoi?
    Dans notre œil, le blanc c’est l’activation des 3 types de récepteurs. C’est ce que fait l’écran TV. Mais en peinture en mélangeant ces 3 couleurs c’est pas du blanc mais un gris sombre, presque du noir que l’on obtient. Pourquoi, la peinture fonctionne t’elle par soustraction de longueur d’ondes émises ? Ainsi, la peinture rouge absorbe le bleu et le vert et renvoie le rouge. La peinture bleu absorbe le vert et le rouge et renvoie le bleu. Le vert … Et finalement le mélange de ces 3 couleurs absorbe le bleu le vert et le rouge et n’en renvoie qu’un peu : d’où la couleur gris sombre, (procédé utilisé par certain peintre pour créer leur noir)
    Allez à une prochaine sur cette chaine!
    Bonne suite

    • La couleur d’un objet existe-t-elle quand aucune lumière ne l’éclaire ?
      La réponse parait évidente (bien que cela fut un vaste débat chez les grecs), puisque c’est la potentialité de réflechir la lumière de cette couleur si une telle lumière éclaire l’objet.
      Mais .. si on transpose cela dans le domaine quantique, on arrive à la question du rôle de l’observateur (i.e. de la mesure) sur l’état du système, au paradoxe du chat de Schrödinger, à la gravitation quantique …
      Aïe, le mal de crâne !

  2. Si j’avais eu des profs de physique dotés d’autant de pédagogie.
    Ma vie en eut été boulversée
    Merci pour ces vidéos de vulgarisation magnifiquement réalisées

  3. Une question. Est-ce que le spectre des longueurs d’ondes de la lumiere est continu ? Peut-on avoir une longueur d’onde de 550.4890… par exemple ? Or est-ce que la physique quantique intervient pour dicter les longueurs d’ondes possibles?

    • Bonjour elguillermo,
      non, le spectre ne sera jamais strictement continu car bien qu’il soit composé d’un nombre astronomique de photos, chacun d’entre eux aura sa fréquence propre.
      C’est un peu comme si l’on souhaitait délimiter un champ à l’aide de piquets de diamètre nul (0mm) ; de loin, on aura l’impression que ces piquets forment une barrière continue, mais il existera toujours un espace entre chacun des piquets, même les plus rapprochés.

      Il faut aussi se poser la question de « continu entre quelle et quelle longueur d’onde » car sinon, il faudrait prendre en compte les longueurs d’onde de 0.000…0m à ∞m ce qui est impossible.
      De plus il faut comprendre que chacun des photons sera émis à un instant différent dans le temps faisant qu’en se posant la question sur une plage de temps très courte, on ne recevra peut-être qu’un seul photon, donc qu’une seule longueur d’onde.

      Quoi qu’il en soit, dans la réalité, nous n’aurons pas d’outil capable de déterminer des variations aussi infimes et la démonstration de cette vidéo explique largement ce phénomène dans le cas de l’œil humain.

      Ensuite, il faut savoir que le spectre émis dépend de la source lumineuse.
      Pour le soleil, en se concentrant uniquement sur la partie « visible » (378 à 735 nm), il existe 9 « trous » significatifs et pleins d’autres plus restreints rendant cette plage non-continue selon nos outils de mesure les plus perfectionnés, mais continue pour notre œil humain.
      Vous pouvez visualiser un schéma du spectre ici :
      https://media4.obspm.fr/public/AMC/pages_tp-spectre-soleil/deuxiemepartie.html

      Enfin, je suis moins calé sur la physique quantique, donc corrigez-moi si je raconte n’importe quoi, mais il me semble que l’énergie des photons (et donc sa longueur d’onde) est directement corrélée au changement d’état de ses électrons, passant d’un seuil à un autre instantanément sans passer par une valeurs intermédiaire (principe de la physique quantique).
      Cela induit donc des énergies très précises (et donc des longueurs d’ondes très précises) pour chacun des types d’atomes (sur lesquels on appliquera en plus l’effet Doppler décrit dans le paragraphe suivant).
      Recréer une plage de longueurs d’onde à peu près continu nécessite donc de combiner un certain nombre d’atomes au sein de la source lumineuse.

      Mais même si ces longueurs d’ondes émises sont théoriquement parfaites, nous ne recevrons jamais (sauf dans le cas du prochain paragraphe) deux photos de longueur d’onde identique. Cela est dût au fait que les atomes sont en mouvement lorsqu’ils émettent des photons.
      L’effet Doppler entre en jeu et compresse ou décompresse légèrement la longueur d’onde en fonction de la direction d’émission du photon et la direction de déplacement de l’atome.

      Petite parenthèse : il est possible de retrouver une certaine cohérence de la lumière à l’aide de dispositifs tel que les interféromètres, l’idée étant qu’on divise le rayon lumineux à l’aide de miroirs semi-réfléchissants plus qu’on les rassemblent plus loin dans le parcours optique.

    • Il existe des emissions avec spectre continu (pour être précis, la mécanique quantique impose une spectre discret à grain très fin dans une boite de taille finie) que ce soit la capture d’un électron libre, ou le « rayonnement de freinage » qui est la cause de l’émission X des synchrotrons.
      Les processus de diffusion (absorption d’un photon suivie de l’émission d’un autre photon) modifie la fréquence du rayonnement et peuvent rendre le spectre continu. Vous pouvez aussi penser au déplacement Doppler ou les atomes présentent toutes les vitesses possibles.
      En astrophysique le rayonnement fossile qui résulte de l’emission lors du Big Bang refroidi par des milliards d’années de diffusion est un spectre continu.
      L’explication que vous donnez n’est valable que pour l’émission de « raies » par des atomes isolés.

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  5. Le mystère de la couleur jaune…

    Les mélanges rouge + bleu = magenta ou vert + bleu = cyan me paraissent a peu près logiques.
    Mais rouge + vert = jaune m’a toujours semblé incompréhensible.

    La théorie des couleurs opposées (Goethe / Herring) semble beaucoup plus proche de notre ressenti que l’explication physique des couleurs trichromatiques :
    https://en.wikipedia.org/wiki/Opponent_process

    Je me dit qu’il y a surement un réarrangement très tôt dans le traitement des couleurs par le cerveau qui donne une importance au jaune équivalente à celle du rouge du bleu et du vert… Soit teinte / saturation / lumière comme indiqué dans l’article wikipédia ci-dessus, soit un quadruplet de neurone R, V, B, R+V généré très tôt et traité comme quatre couleurs fondamentales…

    • Petite précision, avant de passer à teinte / saturation / lumière, l’article de wikipedia suggère qu’un triplet de neurones est très vite créé intégrant le jaune comme une couleur primaire à part entière :
      – Luminosité = Rouge + Vert + Bleu (+ bâtonnets)
      – Rouge – Vert
      – Jaune – Bleu (= Rouge + Vert – Bleu)

    • La nature est bien faite ! La sensibilité de l’oeil est limité à la gamme de fréquence dite « visible » (LOL), elle est maximale à la couleur qu’on appelle « jaune ». Voilà pourquoi le jaune est si important !
      La moyenne des fréquences du vert et du rouge et la fréquence du jaune. Le centre de la vision dans le cerveau humain qui traduit les signaux de l’oeil (en fait en quelque sorte un résumé), interprète donc ce mélange de couleurs comme la « couleur moyenne », c’est à dire la fréquence moyenne, donc du jaune.
      Quant à la synthèse soustractive (quand on mélange les pigments des peintures), il faut comprendre que la peinture jaune est jaune par ce qu’elle absorbe fortement les autres couleurs, en mélangeant de la peinture jaune et de la peinture bleu, la couleur la moins absorbée qui est renvoyée à l’oeil est donc « en moyenne » verte !

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  7. Bonjour, excusez moi de vous déranger, j’ai une petite question :
    De ce que j’ai compris les capteurs qu’on a dans les yeux réagissent à la longueur d’onde qu’ils reçoivent, que ce passerait t’il dans le cas suivant :

    J’envoie depuis « la terre » (dans l’air) une onde avec une longueur d’onde de 650 nm. Imaginons que l’observateur soit alors sous l’eau, on a λ = c/f à priori , la fréquence ne change pas quand on passe de l’air à l’eau (ça je suis pas sur) mais la vitesse de propagation de l’onde si, conclusion sa longueur d’onde est modifié (cela correspondrait avec de l’eau à λ = 650/1,3 = 500). Donc dans l’air la lumière me semble rouge alors que si je l’observe sous l’eau je vois du bleu cyan ?

    • Que vous soyez dans l’eau ou pas, ça ne change rien pour vos yeux, les cônes sont toujours dans vos yeux.
      En fait que ce soit pour la lumière ou le son, c’est toujours mieux de raisonner en termes de fréquences, car la longueur d’onde dépend du milieu, alors que la fréquence non (dans le cas optique, la fréquence est reliée par une constante multiplicative fixe à l’énergie du photon, et dans le cas sonore, les vibrations aux interfaces sont synchrones, et donc il y a conservation de la fréquence). Et votre récepteur physique (cônes de l’oeil ou cils de l’oreille) sera toujours dans le même milieu environnant à l’intérieur de votre corps, donc même si votre environnement change (eau ou air), l’environnement de vos récepteurs ne changera pas.

      Sinon pour comprendre, vous avez une corde de violon à vide, elle aura toujours la même longueur d’onde de fondamental en vibrant quelle que soit la tension, c’est sa longueur. En revanche en modifiant la tension de la corde, vous modifiez la vitesse du son dans la corde, ce qui change la fréquence de la corde, et c’est la fréquence qui ensuite reste constante en se transmettant à l’air. Ce qui fait qu’en modifiant la tension vous ne modifiez pas la longueur d’onde du son dans la corde, mais vous modifiez la longueur d’onde du son dans l’air.

  8. Je me demande ce que ça ferait d’avoir des lunettes qui traitent les longueurs d’ondes qu’on reçoit et qui n’en laisse passer qu’une seule aléatoire(?) à la fois (avec un taux de rafraichissement de 1ms par ex)… Ca doit être assez stylé comme expérience.

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