L’illusion de la couleur
Tout le monde le sait, la couleur c’est de la lumière.
Déjà les grecs anciens étudiaient la lumière. Certains pensaient qu’elle consistait en un flux de particules émises par l’œil, d’autres qu’elle était envoyée par les objets vers l’œil. Ces théories ont été invalidées, car si c’était le cas, il n’y aurait jamais d’obscurité.
On sait maintenant que la lumière est composée de paquets d’énergie sous la forme d’une onde électromagnétique et qu’elle provient d’une source. De jour, la source c’est le soleil.
Les ondes électromagnétiques, contrairement aux ondes mécaniques, n'ont pas besoin d'un support matériel pour se déplacer. Elles sont caractérisées par leur fréquence, c’est-à-dire le nombre d’oscillations en une seconde, et classées dans ce que l’on appelle le «spectre électromagnétique».
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La lumière
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La lumière visible ne constitue qu'une petite partie de ce spectre. Ces ondes, puisqu'elles sont capables de se déplacer dans le vide, expliquent pourquoi les rayons du Soleil peuvent parvenir jusqu'à la surface de la Terre en voyageant dans le vide interstellaire.
La lumière se déplace en ligne droite dans le vide à une vitesse strictement fixe, avoisinant les 300.000 kilomètres par seconde. Dans les autres milieux, la propagation, toujours plus lente, peut dépendre de la longueur d'onde. La lumière est un peu plus lente dans l'air que dans le vide, et notablement plus lente dans l'eau.
La lumière peut changer de trajectoire lors du passage d'un milieu à un autre. La trajectoire varie selon la longueur d'onde, et le faisceau lumineux se trouve décomposé selon la longueur d'onde. Ce phénomène se rencontre dans la nature avec l'arc-en-ciel.
La lumière, y compris les rayonnements invisibles, transporte une grande partie de l'énergie solaire jusqu'à la surface de la terre et maintient l'équilibre de l'environnement naturel, avec la régénération de l'oxygène par la chlorophylle des plantes.
Pour l’être humain, la lumière indispensable à la vision tient une part importante du bien-être et de la vie sociale. Elle permet de percevoir les objets avant de les toucher. Dans toutes les cultures humaines elle est associée à la connaissance.
Sources lumineuses
Selon la source, la répartition des longueurs d'onde est différente.
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La Vision
Les organismes sont généralement sensibles à certaines parties du spectre électromagnétique issu du rayonnement solaire.
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La vision humaine définit celle qu'on appelle spectre visible, dont les fréquences supérieures produisent une perception de couleur violette et les fréquences inférieures correspondent au rouge.
Dans la vision, diurne, la transformation de la lumière en influx nerveux par les trois types de cônes de l’oeil, bleu/cyan/vert, cyan/vert/jaune, et vert/jaune/rouge, permet la perception colorée.
C'est cette particularité de l’oeil humain que l'on exploite dans la photographie, l'impression en couleurs, et les écrans. Avec trois couleurs bien choisies, dites couleurs primaires, on peut créer, la perception de très nombreuses couleurs.
Les couleurs
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Lorsque le niveau lumineux est suffisant, l'être humain distingue des couleurs, correspondant à la répartition spectrale des lumières qui lui parviennent.
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L'interaction entre la lumière et la matière produit des couleurs.
La plupart des substances, en particulier les pigments et colorants, absorbent certaines longueurs d'onde plus que d'autres.
Les carottes contiennent une molécule appelée β-carotène qui absorbe les longueurs d'onde entre le violet et le vert.
Elles réfléchissent ce qui reste, la partie du spectre du rouge au vert, donnant la couleur orangée.
Lorsque la carotte contient aussi des anthocyanes, elle absorbe en plus les longueurs d'onde de la région du vert, et elle apparaît violette.
Théorie de l'illusion
En tant que telles, les couleurs n'existent pas. Il ne s'agit que de lumières absorbées et réfléchies par des objets, avec des longueurs d'ondes différentes. Ce sont nos yeux et notre cerveau qui «fabriquent» les couleurs, d'où d'inévitables variations de perceptions d'une personne à l'autre…
Pour un objet opaque, autre qu’un miroir, la lumière réémise est diffusée par l’objet par réflexion.
La couleur que nous percevons n’est pas la couleur d’un objet mais seulement la fréquence d’onde de lumière qui n’est pas absorbée par lui.
L’objet ne renverra pas forcément toutes les radiations lumineuses de la source de lumière.
L'énergie absorbée est généralement accumulée en chaleur. Ceci explique par exemple qu'un objet noir sera plus chaud au soleil qu'un objet blanc.
Certaines substances restituent l'énergie du rayonnement absorbé dans une longueur d'onde différente. C'est ainsi qu'un colorant fluorescent absorbe l'énergie de rayonnements divers et la réémet sous une forme plus visible, donnant ainsi une couleur fluo plus lumineuse.
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Il n'existe pas de propriétés physiques des couleurs. Les objets physiques n'ont pas les propriétés de couleur que nous leur attribuons. Aucun objet physique n'a en réalité ces couleurs. Les couleurs peuvent être considérées comme des propriétés virtuelles.
Les couleurs qu'ont les objets sont illusoires.
Couleur apparente
La couleur que nous percevons est la conjonction de nombreux facteurs. La couleur dépend de la nature de l'éclairage, elle dépend aussi bien sûr de l'objet éclairé et elle dépend enfin aussi de l'observateur.
Ce sont ces trois éléments, source lumineuse, objet regardé, et observateur, pris ensembles, qui déterminent les couleurs d'un paysage ou d'un tableau...
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Considérons une surface blanche, sur laquelle on dispose des disques colorés opaques.
En éclairant la scène avec de la lumière blanche, la couleur habituelle des objets est facilement observable.
Si on applique des filtres colorés à la source de lumière, on obtient les résultats suivants :
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Suivant la couleur de l’éclairage, les disques peuvent être vus selon des couleurs autres que leur couleur « normale ». Il est même possible que certains apparaissent noirs !
Le ciel est bleu, l’herbe est verte
Dans l'atmosphère, les molécules d'air, les poussières et la vapeur d'eau laissent passer sans les perturber les longueurs d'onde qui correspondent au rouge, jaune, orange. En revanche elles retiennent les longueurs d'onde qui correspondent au bleu et les diffusent immédiatement dans toutes les directions de l'espace. L'atmosphère devient alors lumineuse dans les teintes bleues.
S'il n'y avait pas d'atmosphère, le ciel nous paraîtrait noir et on verrait alors les étoiles en plein jour. C'est la vue que les astronautes connaissent bien lorsqu'ils dépassent les limites de l'atmosphère terrestre.
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L'herbe est toujours verte comme la plupart des plantes.
Ce phénomène est dû à ce que l'herbe contient deux pigments différents, la chlorophylle et le carotène.
Les pigments de la chlorophylle sont verts et ceux du carotène, jaunes, ou plutôt absorbent les longueurs d’onde hors celles du vert et du jaune. Comme il se fait un mélange dans la plante, la couleur des feuilles va alors d'un vert jaune à un vert vif et plus foncé.
Tout dépend du taux de carotène qu'il y a dans la plante. L'herbe en contenant moins que de la chlorophylle, sa couleur est verte.
D’autres systèmes visuels
De nombreuses espèces animales possèdent un sens visuel. Un bon nombre d’entre elles réagissent différemment de l’homme.
Il est parfaitement possible que d’autres créatures, qui ont davantage de cônes ou moins de cônes que nous, aient une expérience des couleurs très différente de la nôtre.
Par exemple, il existe une crevette qui a 12 types de cônes ! Comme elle a pas un cerveau super performant pour s’en servir, il serait intéressant de savoir ce qu’elle en fait.
La crevette et l’homme reçoivent la même information physique, la même onde électromagnétique réfléchie par les objets, mais ils n’ont pas du tout la même expérience phénoménologique.
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Karl von Frisch (1886-1982), prix Nobel 1973, décrivit la vision des couleurs par l'abeille à la suite de très nombreuses expériences conduites pendant plusieurs années.
La sensibilité aux ultraviolets fut pour lui une incroyable découverte. En effet, les fleurs qui nous paraissent uniformément colorées sont bien différentes vues par l'abeille. Les ultraviolets font apparaître des lignes qui convergent des pétales vers le cœur de la fleur là où se trouve le nectar.
Les abeilles possèdent une vision où chaque «oeil» contient neuf récepteurs dont quatre sont sensibles au vert, deux au bleu et deux aux ultraviolets. La vision du rouge est limitée.
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La vision des ultraviolets confère des colorations surprenantes aux fleurs et au paysage.
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Par exemple une fleur qui nous paraît uniformément jaune est en réalité colorée avec une multitude de nuances qui sont saisies par les cellules rétiniennes.
Ainsi on peut comprendre comment l'abeille décrypte une fleur.
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Illusions
Ainsi, les couleurs n’existent pas mais ne sont que le reliquat de lumière que n’absorbe pas un objet. C’est la première illusion.
Selon la source de lumière un même objet pourra prendre toutes les teintes possibles. Il n’a pas de couleur en propre. C’est la seconde illusion.
L’indigente capacité visuelle de l’homme, ne couvrant que quelques % de l’étendue du spectre des ondes électromagnétiques réfléchies par les objets, pourrait le faire classer parmi les espèces semi aveugles au regard des performances de bien d’autres créatures. C’est la troisième illusion.
Sources
https://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_électromagnétique
https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/le-spectre-electromagnetique-s1137
https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/physique/les-phenomenes-lumineux-p1051
https://fr.wikipedia.org/wiki/Lumière
https://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur
https://meta-self.com/2019/02/17/contre-le-pinkisme-le-rose-nexiste-pas-en-dehors-de-notre-cerveau/
https://www.maxicours.com/se/cours/couleur-des-objets/
http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/Couleur.xml
https://www.ladn.eu/mondes-creatifs/top-des-pubs/comment-voient-les-abeilles/
https://www.2imanagement.ch/fr/divers/liens/wwwapisavoirch/comment-les-abeilles-voient-elles-
https://be-keeper.com/blog/vision-abeilles/
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Spectre électromagnétique. Les ondes sont classées selon leurs fréquences en Hertz.
© CEA
arc en ciel
Sources de lumières
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Sensibilités des cones de l’oeil
décomposition de la lumière du soleil.
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Variétés de carottes
Par Stephen Ausmus — Cette image a été publiée par l’Agricultural Research Service, l’agence de recherche du Département de l'Agriculture des États-Unis, avec l’identifiant K11611-1 (suivant)., Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=545126
Sensation de blanc
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Sensation de bleu
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Sensation de vert
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Sensation de rouge
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couleurs sous lumière blanche
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couleurs suivant la couleur de l’éclairage
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spectre de la chlorophyle
Spectre de vision de l’abeille
potentille en ultraviolet
dahlia en ultraviolet
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marguerite en ultraviolet
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