L'observation d'un arc en ciel a toujours suscité de l'émerveillement et de l'étonnement. Si un monde sans couleur nous était présenté, notre perception de la beauté en serait changée. Nous aimons admirer les tableaux des grands peintres et la gamme de couleurs utilisées retranscrit le plus parfaitement la réalité observée. La télévision en couleurs a été une révolution dans notre vie quotidienne dés le début des années soixante et bien avant aux Etats - Unis.

I. Les sources de lumière

On distingue deux types de sources de lumière: les sources de lumière primaires et secondaires.

Les sources de lumière primaire produisent la lumière qu'elles émettent. Elles peuvent être naturelles ou artificielles. Notre principale source de lumière primaire naturelle sur notre planète est le soleil mais il y a aussi les étoiles, le feu. Les sources de lumière primaire artificielles sont les lampes à incandescence, les tubes luminescents.

Les sources de lumière secondaire peuvent aussi être naturelles ou artificielles. Par exemple, notre planète, la Lune, sont des sources de lumière secondaire naturelles car elles ne produisent pas de lumière mais elles diffusent la lumière du soleil, d'ailleurs seule une partie de cette lumière est renvoyée dans toutes les directions de l'espace.

En ce qui concerne les sources de lumière secondaire artificielles, les corps qui transmettent plus ou moins la lumière peuvent être transparents, translucides ou opaques mais l'image perçue sera soit nette, soit déformée, soit avec des contours mal définis.

En conclusion, pour qu'un objet soit vu, il faut que l'observateur reçoive de la lumière émise d'une source primaire ou diffusée par cet objet. Celui-ci est vu si l'?il reçoit de la lumière qui provient de cet objet.

II. La dispersion de la lumière blanche.

Le soleil est une source de lumière blanche, il émet toutes les lumières colorées de l'arc en ciel. L'ensemble des couleurs constitue un spectre. Comme l'étalement des couleurs est progressif, on parle de spectre continu. Pour décomposer ou disperser la lumière blanche, on peut utiliser un prisme. On fait pénétrer un faisceau de lumière blanche par l'une des faces du prisme et à la sortie du prisme, on observe un ensemble de couleurs comme celles de l'arc en ciel. La lumière blanche est constituée d'une infinité de couleurs formant son spectre.

Schéma de la décomposition de la lumière blanche :

III. Couleurs des objets

A la lumière blanche, un objet coloré ne renvoie que la lumière qui correspond à sa couleur. Par exemple, un objet bleu ne renverra que la lumière correspondante au bleu et donc absorbera toutes les autres couleurs.

Un objet blanc renverra toutes les lumières qu'il reçoit alors qu'un objet noir ne renverra aucune lumière, il les absorbera toutes!

En lumière colorée, par exemple, on ajoute un filtre coloré, seule la couleur du filtre sera perçue, les autres lumières colorées seront arrêtées par le filtre, elles seront absorbées. Par exemple, si on éclaire en lumière blanche un écran sur lequel on a collé un filtre rouge alors l'écran rouge ne diffusera que la lumière rouge et toutes les autres lumières colorées seront absorbées. Ainsi, en lumière colorée, un objet coloré ne renvoie que la lumière qui correspond à sa propre couleur. Un objet blanc renverra toutes les couleurs et un objet noir ne renverra aucune lumière.

IV. Synthèse des lumières colorées

Il existe deux types de synthèse : la synthèse additive et la synthèse soustractive.

Dans la synthèse additive de la lumière blanche, on additionne plusieurs lumières colorées. On additionne les trois couleurs primaires: le bleu, le rouge et le vert. Ainsi, la superposition de deux ou trois couleurs primaires permet d'obtenir d'autres couleurs.

Si on additionne du rouge et du vert, on obtiendra du jaune. En additionnant du rouge et du bleu, on obtient du magenta; si on additionne du vert et du bleu, on obtient du cyan et si on additionne les trois couleurs primaires (bleu, rouge et vert), on obtient du blanc.
Dans la synthèse soustractive, on crée des couleurs en enlevant des couleurs. Ainsi le magenta (rouge + bleu) absorbe la lumière verte. Le cyan (vert + bleu) absorbe la lumière rouge et le jaune (rouge + vert) absorbe la lumière bleue.
La synthèse soustractive de la lumière consiste donc à placer sur le trajet d'une lumière blanche incidente un, deux ou trois filtres colorés cyan, magenta et jaune plus ou moins transparents. Le spectre du faisceau résultant est le spectre de la lumière blanche auquel il faut retirer les portions du spectre absorbées par chaque filtre. Ainsi, en synthèse soustractive, les couleurs primaires sont le jaune, le cyan et le magenta et la superposition de deux couleurs primaires donne la couleur complémentaire du filtre manquant. L'absence de couleurs donne du blanc et la superposition des trois couleurs primaires donne du noir.