Couleurs Spectre visible
La couleur est la perception subjective qu'a l’œild'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s)
Spectre visible
La lumière visible est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain. Il n'y a pas de limite exacte au spectre visible : l'œil humain adapté à la lumière possède généralement une sensibilité maximale à la lumière de longueur d'onde d'environ 550 nm, ce qui correspond à une couleur jaune-verte.
Généralement, on considère que la réponse de l'œil couvre les longueurs d'ondes de 380 nm à 750 nm bien qu'une gamme de 400 nm à 700 nm soit plus commune.
Cette gamme de longueur d'onde est importante pour le monde vivant car des longueurs d'ondes plus courtes que 380 nm endommageraient la structure des molécules organiques tandis que celles plus longues que 720 nm seraient absorbées par l'eau, constituant abondant du vivant.
| couleur | longueur d'onde (nm) | fréquence (THz) |
énergie
(eV)
|
| Rouge | 625 - 750 | 480 - 405 | 1.6 - 2. |
| Orange | 590 - 625 | 510 - 480 | 2.0 - 2. |
| Jaune | 565 - 590 | 530 - 510 | 2.1 - 2.2 |
| Vert | 520 - 565 | 580 - 530 | 2.2 - 2.4 |
| Bleu | 446 - 520 | 690 - 580 | 2.4 - 2.8 |
| Violet | 380 - 446 | 790 - 690 | 2.8 - 3.2 |
Longueurs d'onde, fréquences et énergies du spectre visible
Sensibilité de l’œil humain
L'œil
- Les cônes L (low), sensibles aux ondes longues (700 nm), donc les rouges
- Les cônes M (medium), sensibles aux ondes moyennes (546 nm), donc les verts
- Les cônes S (short), sensibles aux ondes courtes (436 nm), donc les bleus
Les problèmes de vision des couleurs, ou dyschromatopsies, sont souvent regroupés sous le terme de daltonisme. L'absence totale de vision des couleurs est appelée achromatopsie.
Synthèse additive
Le principe de la synthèse additive des couleurs consiste à s'efforcer de reconstituer, pour un œil humain, l'équivalent (l'apparence) de toute couleur visible, par l'addition, selon des proportions bien choisies, de lumières provenant de trois sources monochromatiques (par exemple des spots) dont les longueurs d'onde sont choisies une fois pour toutes pour répondre au mieux à cet objectif.
En observant l'arc-en-ciel, on peut voir que les gouttelettes de pluie, dans le lointain, décomposent la lumière en six couleurs, comme le feraient des prismes.
Newton reproduisit ce phénomène en décomposant la lumière solaire grâce à un prisme optique (un prisme droit en verre à base triangulaire). Il réussit à décomposer la lumière blanche en toutes les différentes couleurs du spectre.
Le physicien Young fit le contraire de Newton. Il recomposa la lumière. Il fit converger les six couleurs du spectre et obtint la lumière blanche. Il alla même plus loin en démontrant que les six couleurs du spectre pouvaient être réduites à trois. C'est-à-dire qu'il pouvait recomposer la lumière blanche avec ces trois couleurs. Il démontra aussi qu'en les mélangeant deux par deux, il pouvait obtenir les autres.
Et c'est ainsi qu'on différencia les couleurs primaires des secondaires.
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Synthèse additive des couleurs
Ce système de mélange de lumières signifie que plus on ajoute de couleurs plus on obtient de clarté. Par exemple, le vert et le rouge donnent le jaune indéniablement plus clair. On parle dans ce cas de système additif.
Les trois longueurs d'onde optimales, que l'on appelle couleurs primaires répondent à deux critères :
- les teintes doivent correspondre autant que possible aux longueurs d'onde auxquelles les cônes sont le plus sensibles (c'est le cas du vert et du bleu)
- les longueurs d'ondes doivent activer de manière spécifique certains cônes (cas du rouge)
Les trois couleurs primaires sont les suivantes :
- rouge primaire ;
- vert primaire ;
- bleu primaire.
Il existe bien d'autres systèmes liés au RVB (en anglais RGB: red, green, blue) qui sont issus des travaux de la Commission internationale de l'éclairage. Le système de base est le CIE XYZ, d'où l'on déduit le CIE xyY qui sépare la luminance et lachrominance. Ce dernier a donné naissance à de nombreux systèmes pratiques dont le plus utilisé est sans doute le CIE Lab qui comporte le jaune en plus du rouge, du vert et du bleu.
Le système RVB peut aussi, de façon équivalente, être exprimé selon trois autres composantes qui sont la teinte, la valeur et la saturation et correspondent en français au système TSL (Teinte, Saturation et Luminosité ou valeur) et en anglais au système HSL (d'après les trois mots anglais Hue, Saturation et Lightness).
Il existe des formules mathématiques permettant de passer des trois composantes RVB aux trois composantes TSL (et inversement).
On nomme lumières de couleurs fondamentales (parfois appelées couleurs secondaires) les lumières de couleurs saturées obtenues en mélangeant deux à deux et en parts égales les lumières de couleurs primaires.
Les couleurs complémentaires sont les couleurs qui, combinées, contiennent toutes les couleurs du spectre et aucune en commun.
Les trois couleurs secondaires dans le système additif sont :
- cyan (lumières verte et bleue, complémentaire de la rouge) ;
- magenta (lumières rouge et bleue, complémentaire de la verte) ;
- jaune (lumières verte et rouge, complémentaire de la bleue).
qui sont en fait les couleurs primaires du système soustractif et donnent le système CMJ (en anglais CMY ou YMC).
Lorsqu'on mélange plus de deux primaires, on désature la couleur. Elle perd donc en saturation et gagne en valeur, pour se rapprocher du blanc.
Synthèse soustractive
En imprimerie-couleurs, en peintureet dans l'art du vitrail, il ne peut être question d'additionner des couleurs par mélange de lumière, mais plutôt de couleurs pigments.
Tous les corps opaques, quand ils sont éclairés, réfléchissent une partie ou toute la lumière qu'ils reçoivent et absorbent le reste. On peut donc obtenir les couleurs du spectre soit en mélangeant des pigments soit en filtrant une partie du spectre qui éclaire l'objet.
Les pigments qui se mélangent absorbent de plus en plus de lumière et deviennent de plus en plus sombres. Par exemple le jaune et le magenta donnent le rouge-orangé.
On parle dans ce cas de synthèse soustractive. Et dans ce cas les couleurs primaires, appelées aussi couleurs fondamentales associées pour les différencier des couleurs primaires du système additif car elles correspondent aux couleurs secondaires appelées aussi couleurs complémentaires du système additif. Contrairement au système additif ou l'on utilise les 3 couleurs primaires, les couleurs fondamentales filtrent (bloquent) une seule couleur.
- cyan fondamentale (les couleurs bleu et vert passent, le rouge est filtré) ;
- magenta fondamentale (les couleurs bleu et rouge passent, le vert est filtré);
- jaune fondamentale (les couleurs verte et rouge passent, le bleu est filtré).
donne le système CMJ (en anglais CMY ou YMC).
Synthèse soustractive des couleurs
En théorie, et si nous disposions de pigments parfaits, l'utilisation des trois fondamentales permettrait d'obtenir :
- le bleu en mélangeant le cyan et le magenta (cyan filtre le rouge, magenta filtre le vert) ;
- le vert en mélangeant le cyan et le jaune (cyan filtre le rouge, jaune filtre le bleu);
- le rouge en mélangeant le magenta et le jaune (magenta filtre le vert, jaune filtre le bleu).
Dans la pratique, la synthèse soustractive à partir des colorants courants ne permet pas d'obtenir l'ensemble des couleurs visibles par l'œil humain. De plus, même des colorants parfaits continueraient à poser problème car ils s'additionnent souvent en une réaction chimique qui altère la couleur finale.
En effet, lorsque l'on mélange deux matériaux colorés, on en obtient bien la teinte désirée, mais celle-ci perd en vivacité, et l'ajout de blanc pour compenser cette perte n'est pas satisfaisant car le blanc désature la teinte et ne permet donc pas d'obtenir la valeur recherchée. C'est pour cette raison que plusieurs imprimantes à jet d'encre ajoutent deux teintes pastel aux trois fondamentales afin d'obtenir un meilleur rendu. L'ajout de ces teintes pastel (variant de 2 à 5 teintes) permet aussi de diminuer la perception des points d'encre (ou de trame) dans les zones claires.
Enfin, un noir obtenu par le mélange des trois fondamentales serait de densité supérieure, permettrait d'obtenir plus de détails, mais c'est à la fois coûteux (mélange de trois encres chères) et de qualité douteuse si la proportion de mélange des encres (pour obtenir la neutralité, c'est-à-dire un gris composé de CMJ) est inexacte (car la superposition n'en est jamais parfaite, ni l'opacité. De plus, des valeurs égales de cyan, magenta et de jaune ne donnent pas de noir. La couleur noire est ajoutée pour compenser la neutralité du mélange CMJ.). En imprimerie, on utilise donc toujours au moins le noir comme quatrième couleur, ce qui correspond à la quadrichromie, utilisée pour tout ce qui s'imprime en couleur.
Ajoutons qu'en impression de grandes surfaces (affiches, par exemple), la technique des trames d'impression permet de contourner la question : en effet, si on examine une affiche de près, on se rend compte que les couleurs s'y juxtaposent bien plus souvent qu'elles ne s'y superposent. On retrouve alors quelque chose de très semblable… à de la synthèse additive.
Pigment - Colorant - Mélanine
Un pigment est une substance colorée, naturelle ou artificielle, d'origine minérale ou organique.
Dans la nature, cela peut-être le constituant d'un minéral (terres, lapis-lazuli, cinabre) ou bien une substance organique, animale (os, sépia) ou végétale (bistre, indigo), présente dans les cellules d'un organisme vivant et produisant la couleur.
Dans la nature, cela peut-être le constituant d'un minéral (terres, lapis-lazuli, cinabre) ou bien une substance organique, animale (os, sépia) ou végétale (bistre, indigo), présente dans les cellules d'un organisme vivant et produisant la couleur.
Pigment indien
De manière artificielle (pigments de synthèse), les pigments minéraux sont des liaisons métal (cobalt, sulfure, oxyde de fer) tandis que les pigments organiques, issus de la chimie du pétrole, sont des liaisons carbone(pérylènes, phtalocyanines, azoïques).
En art ou en industrie les pigments sont des poudres, généralement broyées très finement avant d'être mises en suspension dans un liant (ou medium), liquide, plus ou moins fluide, ou visqueux, pour obtenir les peintures, les enduits, ou les encres. Ils sont généralement insolubles dans le milieu se fixant à la surface du support sur lequel on l'applique, contrairement aux teintures qui pénètrent dans les fibresLors de l'utilisation de pigments, il est possible d'utiliser un nombre plus importants de couleurs de base, car même si les couleurs cyan, magenta et jaune sont très vifs, ils perdent de leur vivacité en se mélangeant. Les choix sont nombreux (jaune cadmium, jaune d'or, Ocre jaune clair, Bleu céruléum, Bleu royal, Indigo, Rouge Carmin pour les primaires et Rouge vermillon, Bleu Outremer, Bleu de cobalt, Vert émeraude, Vert de Sèvres pour les secondaires à titre d'exemple).
- Pigments des pots de peinture
Dans les magasins de beaux arts, les tubes ou pots de peinture comportent en général les informations relatives à la peinture, on y trouve, la résistance à la lumière (par une série de + ou *), normée sur les années de résistance en lumière de musée, l'opacité/transparence (un carré plus ou moins plein), mais aussi les pigments utilisés, référencés par le Colour Index International. Ils sont codés par P + 1 ou 2 lettres (couleur dans laquelle est classée le pigment :
- W=blanc (White) ;
- O=orange ;
- R=rouge (red) ;
- Y=jaune (yellow) ;
- B=bleu (blue) ;
- G=vert (green) ;
- Bk=noir (black) ;
- Br=marron (brown):
Suivi d'un numéro correspondant à la numérotation du pigment pour sa couleur.
Par exemple : PO73 correspond au pigment orange 73, qui est la nuance de vermillon (rouge vermillon), proche du vermillon véritable (Cinabre) est distinct du rouge primaire magenta PR 122.
La terminologie est anglaise car elle a été normalisée aux États-Unis et en Angleterre.
- Problèmes en peinture
Un problème qui peut surgir est celui de la stabilité chimique des pigments. Parfois, le mélange d'un pigment et d'un autre produit un composé d'une couleur différente, altérant le résultat. La cinétique de la réaction chimique peut empêcher de se rendre compte immédiatement du problème : par exemple, on peut mélanger du blanc et du rouge pour obtenir un rose, et les deux pigments réagissent en quelques mois pour former un composé noir qui gâche le tableau. D'où l'importance de la chimie dans le choix des couleurs.
Un autre problème vient de ce qu'un pigment ne peut être utilisé seul en peinture, il faut au moins lui rajouter une charge pour donner du corps à la peinture : tel que chaux, baryum... et un liant pour rendre la peinture adhésive à la surface tel que huiles, acrylique, vinyle, gomme arabique, etc.... Ces éléments nécessaires et ajoutés au pigment changent la qualité de la couleur suivant les mélanges de la fabrication des différentes marques commerciales.
Tous les pigments ne sont pas utilisables en peinture : s'ils ne sont pas stables à la lumière, (pigment qui fane à la lumière - par exemple le bleu indigo d'origine végétal) ou qu'ils supportent le mélange avec des huiles par exemple le pigment bleu de smalt devient transparent en mélange avec l'huile.
La représentation RJB de la synthèse soustractive dans les livres de peinture est à but pragmatique pour les mélanges. Le cercle chromatique sert de repérage générale des couleurs dans un nuancier donné et particulier. Il a aussi une fonction esthétique. On rappellera ainsi que le mélange rouge vermillon et bleu outremer à l'huile donne du noir ou un marron foncé solution utilisée par les impressionnistes pour faire du noir sans en avoir sur la palette. Et que les pigments violets apparaissent au milieu du XIXe siècle avant on mélangeait un rouge et un bleu ...
Colorants naturels
Les colorants étaient connus et utilisés depuis la plus haute Antiquité. Les Sumériens, Grecs, Romains, Égyptiens, Mayas, etc. les utilisaient abondamment, notamment comme teintures et produits cosmétiques.
De principaux pigments naturels (colorants) sont extraits de plantes tinctoriales. La substance organique produisant la couleur est extraite de divers parties constitutives de la plante : les feuilles (guède, chlorophylle (E140), anthocyanes (E163)), les racines (garance) ou le tronc
