L’addition des couleurs est un concept fondamental en théorie des couleurs, qui englobe le mélange des couleurs, la synthèse additive et soustractive, ainsi que la perception des couleurs.
Observer expérimentalement le mélange de couleurs
Le colorimètre de FizziQ mesure les composantes rouge, verte et bleue de la lumière reçue par la caméra : il permet de vérifier chiffres à l’appui ce que donne un mélange de lumières et ce que donne un mélange de filtres.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ et sélectionner l’instrument Colorimètre. Viser une zone blanche d’écran et relever le triplet (R, V, B) de référence.
- Afficher successivement du rouge pur, du vert pur et du bleu pur sur un second écran et mesurer chaque fois les trois composantes.
- Superposer deux faisceaux de lampes torches munies de filtres rouge et vert sur une feuille blanche, puis viser la zone de recouvrement : le colorimètre lit du jaune. C’est la synthèse additive.
- Empiler cette fois les deux mêmes filtres l’un derrière l’autre devant une seule lampe et viser la lumière transmise : elle s’effondre vers le noir. C’est la synthèse soustractive, sur le même matériel.
- Recommencer avec des filtres cyan et jaune superposés : la lumière transmise est verte, alors que deux lumières cyan et jaune superposées donneraient un blanc pâle.
- Comparer les deux séries de mesures et formuler la règle : additionner des lumières éclaircit, superposer des filtres assombrit.
Activités scientifiques sur ce thème
- Synthèse additive RVB - mesurer au colorimètre les couleurs obtenues en superposant des lumières rouge, verte et bleue, et retrouver les secondaires cyan, magenta et jaune (5e-3e).
- Colorimétrie des feuilles d’automne
En savoir plus
L’addition des couleurs est un concept fondamental en théorie des couleurs, qui englobe le mélange des couleurs, la synthèse additive et soustractive, ainsi que la perception des couleurs. Cet article explore ces concepts et leur application dans des domaines tels que la peinture, le design graphique et les couleurs numériques.
1. Couleurs primaires et secondaires
Les couleurs primaires sont les couleurs fondamentales à partir desquelles toutes les autres couleurs peuvent être obtenues par mélange. Dans la synthèse additive, les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu (RVB). La synthèse soustractive utilise le cyan, le magenta et le jaune (CMJ) comme couleurs primaires. Les couleurs secondaires sont obtenues en mélangeant deux couleurs primaires.
Attention : les primaires soustractives sont bien le cyan, le magenta et le jaune. La formulation « rouge, bleu et jaune », encore enseignée en arts plastiques, est une simplification ancienne et fausse en physique : avec ce trio on ne peut pas obtenir les teintes claires et saturées, et c’est pour cela que les imprimantes utilisent des cartouches cyan, magenta et jaune, jamais rouge et bleu.
2. Synthèse additive et soustractive
La synthèse additive concerne le mélange de lumières colorées, utilisé dans les technologies d’affichage (écrans d’ordinateur, téléviseurs, vidéoprojecteurs). On ajoute de la lumière à de la lumière : le mélange est donc toujours plus clair que chacune des composantes. Lorsque deux couleurs primaires RVB sont mélangées, elles produisent une couleur secondaire : rouge et vert donnent jaune, rouge et bleu donnent magenta, et vert et bleu donnent cyan. Les trois primaires réunies à pleine intensité donnent du blanc.
La synthèse soustractive s’applique aux pigments et aux filtres, qui absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière blanche et laissent passer ou renvoient les autres. Chaque pigment ou filtre ajouté retire de la lumière : le mélange est donc toujours plus sombre. En mélangeant des couleurs primaires CMJ, on obtient des couleurs secondaires : cyan et magenta donnent bleu, cyan et jaune donnent vert, et magenta et jaune donnent rouge. Les trois primaires réunies donnent du noir - en pratique un brun très sombre, ce qui explique la cartouche d’encre noire supplémentaire des imprimantes, d’où le sigle CMJN.
Ces deux synthèses ne sont pas deux conventions au choix : elles décrivent deux situations physiques différentes. C’est pour cela que le bleu et le jaune donnent du vert en peinture - le pigment bleu absorbe le rouge, le pigment jaune absorbe le bleu, il ne reste que le vert - alors que deux faisceaux bleu et jaune superposés donnent du blanc, puisque le bleu et le jaune sont des couleurs complémentaires en lumière.
3. Couleurs complémentaires et harmonie des couleurs
Les couleurs complémentaires sont des paires de couleurs qui, lorsqu’elles sont mélangées, produisent une couleur neutre (gris ou blanc). Sur le cercle chromatique, les couleurs complémentaires se situent à l’opposé l’une de l’autre. Par exemple, le rouge est complémentaire du cyan, le vert du magenta et le bleu du jaune.
L’harmonie des couleurs est la combinaison de couleurs qui fonctionne bien ensemble et est visuellement agréable. Les palettes de couleurs harmonieuses utilisent souvent des couleurs complémentaires ou des couleurs voisines sur le cercle chromatique.
4. Application dans le design graphique et les couleurs numériques
En design graphique, la compréhension du mélange des couleurs et de l’harmonie est essentielle pour créer des visuels attrayants. La méthode additive de couleurs est utilisée dans de nombreux domaines qui utilisent des sources de lumière, tels que l’affichage des écrans d’ordinateur, les téléviseurs, les projecteurs, les feux de signalisation, les feux de véhicules et les éclairages de scène. Les couleurs sont généralement créées en utilisant des diodes électroluminescentes (LED) ou des cristaux liquides (LCD) qui peuvent produire des couleurs différentes en ajustant les proportions de lumière rouge, verte et bleue. La synthèse soustractive est utilisées pour l’impression. La perception des couleurs par le public est également cruciale, car elle influence la façon dont les gens réagissent à un design.
5. Ordres de grandeur
Un écran code chaque composante sur 8 bits, soit 256 niveaux, ce qui donne 256³ ≈ 16,7 millions de couleurs affichables. Un sous-pixel d’écran de smartphone mesure quelques dizaines de micromètres : à 30 cm, l’œil ne les sépare plus et perçoit leur somme. Les primaires typiques d’un écran ont pour longueurs d’onde dominantes environ 465 nm (bleu), 530 nm (vert) et 620 nm (rouge). Un filtre coloré de qualité scolaire transmet 30 à 60 % de la lumière dans sa bande, et moins de 5 % ailleurs : deux filtres superposés transmettent donc au mieux quelques pour cent.
Formule
En synthèse additive, les intensités lumineuses s’ajoutent longueur d’onde par longueur d’onde :
I_mélange(λ) = I₁(λ) + I₂(λ)
où :
- I_mélange(λ) : intensité du mélange à la longueur d’onde λ (W/m²)
- I₁(λ), I₂(λ) : intensités des deux sources superposées (W/m²)
Une couleur d’écran se note par son triplet, chaque composante étant codée de 0 à 255 :
Couleur = (R, V, B)
Blanc = (255, 255, 255) et Noir = (0, 0, 0)
En synthèse soustractive, les transmittances des filtres traversés successivement se multiplient :
T_totale(λ) = T₁(λ) × T₂(λ)
où :
- T_totale(λ) : fraction de lumière transmise par l’ensemble, entre 0 et 1
- T₁(λ), T₂(λ) : transmittances de chaque filtre à la longueur d’onde λ
C’est cette différence - une somme d’un côté, un produit de l’autre - qui explique que l’un éclaircit et l’autre assombrit.
Exemples d’application
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Un pixel blanc d’écran de smartphone est obtenu en allumant à fond les trois sous-pixels rouge, vert et bleu : (255, 255, 255)
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Un vidéoprojecteur trichrome superpose trois images rouge, verte et bleue sur l’écran : c’est de la synthèse additive
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Une imprimante jet d’encre dépose des encres cyan, magenta et jaune qui absorbent chacune une partie du spectre : c’est de la synthèse soustractive
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Superposer un filtre cyan et un filtre jaune devant une lampe blanche donne du vert : le cyan absorbe le rouge, le jaune absorbe le bleu, il ne reste que le vert
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Deux projecteurs de théâtre bleu et jaune éclairant la même zone donnent un blanc pâle, alors que les mêmes teintes en gouache donnent du vert
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Un écran affichant (255, 128, 0) produit de l’orange : rouge à fond, vert à mi-intensité, pas de bleu
FAQ
Q : Pourquoi le bleu et le jaune donnent-ils du vert en peinture mais du blanc en lumière ? R : Ce sont deux mécanismes différents. En peinture, chaque pigment retire des longueurs d’onde : le bleu absorbe le rouge, le jaune absorbe le bleu, seul le vert survit aux deux. En lumière, on ajoute les spectres : le jaune contient du rouge et du vert, auxquels s’ajoute le bleu, ce qui reconstitue les trois primaires et donc du blanc.
Q : Les couleurs primaires ne sont-elles pas le rouge, le bleu et le jaune ? R : Non, c’est une simplification scolaire ancienne. Les primaires de la synthèse soustractive sont le cyan, le magenta et le jaune, et celles de la synthèse additive le rouge, le vert et le bleu. Le trio rouge-bleu-jaune ne permet pas de couvrir les teintes claires et saturées, ce que confirment les cartouches des imprimantes.
Q : Pourquoi les imprimantes ont-elles une cartouche noire si cyan, magenta et jaune suffisent en théorie ? R : Parce qu’en pratique les encres ne sont pas parfaites : leurs bandes d’absorption ne se complètent pas exactement. Le mélange des trois donne un brun sombre plutôt qu’un noir franc, coûte trois fois plus d’encre et détrempe le papier.
Q : Le jaune est-il une couleur primaire ou secondaire ? R : Les deux, selon la synthèse. Il est secondaire en synthèse additive, où il résulte du rouge plus le vert. Il est primaire en synthèse soustractive, où il sert de base avec le cyan et le magenta.
Q : Pourquoi ne voit-on pas les points rouges, verts et bleus de l’écran ? R : Les sous-pixels mesurent quelques dizaines de micromètres, sous le pouvoir séparateur de l’œil à distance normale de lecture. Le cerveau reçoit leurs lumières additionnées et perçoit une couleur unique. Une loupe ou une photo macro les rend visibles.
Concepts liés
Synthèse additive - Synthèse soustractive - Couleurs primaires - Couleurs complémentaires - Colorimètre - Absorption - Transmittance - Spectre lumineux - Pixel