Fiche de révision : Couleurs et solutions colorées

📋 Plan du Cours

1. Interactions de la lumière avec les objets
2. Synthèse additive et couleurs complémentaires
3. Filtres et synthèse soustractive
4. Rétine et perception des couleurs
5. Écrans et pouvoir séparateur
6. Longueurs d’onde et solutions colorées
7. Absorbance et loi de Beer-Lambert
8. Dosage par étalonnage

📖 1. Interactions de la lumière avec les objets

🔑 Notions clés & Définitions

• Transmission : Le passage de la lumière à travers un objet transparent, souvent accompagné d’un changement de direction appelé réfraction.
• Lumière incidente : La lumière produite par une source lumineuse et qui éclaire un objet.

★ À maîtriser

📌 Sur un objet opaque, la diffusion renvoie la lumière incidente dans plusieurs directions à cause de la rugosité de la surface, tandis que l’absorption piège la lumière dans le matériau et augmente généralement sa température.

Compléments

• La diffusion est plus importante sur une surface claire comme la neige, tandis que l’absorption est supérieure pour un objet sombre.

• Un objet coloré peut transmettre certaines couleurs et en absorber d’autres.

💡 Astuce mémo

Surface rugueuse : diffusion ; matière traversée : transmission

📖 2. Synthèse additive et couleurs complémentaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse additive : La superposition sur une même surface de lumières colorées pour produire de nouvelles couleurs.
• Couleurs complémentaires : Deux couleurs sont complémentaires lorsque leur synthèse additive produit une lumière blanche.

★ À maîtriser

• Les couleurs primaires de la synthèse additive sont :

  • le rouge
  • le vert
  • le bleu

• En synthèse additive, le rouge et le vert donnent du jaune, le rouge et le bleu du magenta, et le vert et le bleu du cyan.

Compléments

• En synthèse additive, le rouge, le vert et le bleu superposés donnent du blanc.

• Les couples de couleurs complémentaires sont :

  • rouge et cyan
  • magenta et vert
  • jaune et bleu

📖 3. Filtres et synthèse soustractive

🔑 Notions clés & Définitions

• Filtre coloré : Un objet transparent pour certaines lumières colorées et opaque pour les autres.
• Synthèse soustractive : L’appauvrissement en couleurs de la lumière lorsqu’elle traverse un filtre.

📝 Points essentiels

• Un filtre rouge transmet la lumière rouge et absorbe les autres couleurs, correspondant au cyan, couleur complémentaire du rouge.

💡 Astuce mémo

L’additif ajoute des lumières ; le filtre soustractif en retire

📖 4. Rétine et perception des couleurs

★ À maîtriser

📌 Les cônes détectent les couleurs et se répartissent en trois types sensibles au bleu, au rouge ou au vert, tandis que les bâtonnets sont sensibles à la luminosité et prédominent dans la vision nocturne.

Compléments

• La rétine, située au fond de l’œil, est tapissée de cellules nerveuses appelées cônes et bâtonnets.

• La stimulation simultanée d’un cône rouge et d’un cône bleu sur un même point de la rétine est interprétée par le cerveau comme du magenta.

📖 5. Écrans et pouvoir séparateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Pouvoir séparateur : L’angle minimal sous lequel deux points peuvent être discernés séparément.

★ À maîtriser

• Pour un œil normal, le pouvoir séparateur vaut $\delta = 3 \times 10^{-4}\ \text{rad}$, soit une minute d’angle ou $\frac{1}{60}^{\circ}$.

• Un écran LCD est constitué de pixels comprenant chacun des sous-pixels munis de filtres rouges, verts et bleus, dont l’intensité lumineuse transmise permet de produire différentes couleurs.

Compléments

• Le pouvoir séparateur dépend de la distance entre les points et de leur distance par rapport à l’observateur.

📌 Les luminophores d’un écran sont indiscernables à l’œil nu lorsque l’angle sous lequel ils sont observés est inférieur au pouvoir séparateur de l’œil.

📖 6. Longueurs d’onde et solutions colorées

🔑 Notions clés & Définitions

• Longueur d’onde : $\lambda$ caractérise une onde lumineuse, représente une distance et s’exprime en mètres, souvent en nanomètres, avec $1\ \text{nm} = 10^{-9}\ \text{m}$.

★ À maîtriser

• Le spectre visible s’étend approximativement du violet au rouge, entre 400 nm et 800 nm.

📌 Une solution incolore transmet toutes les lumières présentes dans la lumière blanche, tandis qu’une solution colorée transmet les lumières correspondant à sa couleur et absorbe en partie ou totalement leur couleur complémentaire.

Compléments

• Les longueurs d’onde inférieures à 400 nm correspondent aux ultraviolets, tandis que celles supérieures à 800 nm correspondent aux infrarouges.

• La tartrazine E102 est un colorant alimentaire jaune qui transmet la lumière jaune et absorbe partiellement ou totalement sa couleur complémentaire, le bleu.

• Dans un cercle chromatique, une couleur définie par sa longueur d’onde et sa couleur complémentaire sont diamétralement opposées.

📖 7. Absorbance et loi de Beer-Lambert

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Un nombre sans unité qui mesure la quantité de lumière absorbée par une solution par rapport à la lumière incidente.
• Spectrophotomètre : Un appareil qui mesure la quantité de lumière transmise par un échantillon et permet ainsi de mesurer la quantité absorbée.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour une solution peu concentrée, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A = \varepsilon \times \ell \times C$, où $A$ est sans unité, $\ell$ s’exprime en cm, $C$ en mol·L⁻¹ et $\varepsilon$ en L·mol⁻¹·cm⁻¹.

Compléments

• Le spectre d’absorption de la tartrazine éclairée en lumière blanche présente une absorption maximale dans le bleu, à $\lambda = 450\ \text{nm}$.

• Dans la loi de Beer-Lambert, l’absorbance est proportionnelle à la concentration en espèce colorante, à l’épaisseur de liquide traversée et au coefficient d’absorption molaire, qui dépend des caractéristiques physico-chimiques de l’espèce.

📌 Lorsque la solution est trop concentrée, la concentration et l’absorbance ne sont plus proportionnelles; en pratique, les concentrations utilisées sont souvent limitées à 10⁻³ voire 10⁻² mol·L⁻¹.

📖 8. Dosage par étalonnage

📝 Points essentiels

• Le dosage par étalonnage d’un soluté coloré consiste à établir une courbe reliant l’absorbance à la concentration, puis à déterminer la concentration inconnue à partir de l’absorbance mesurée de la solution.

💡 Astuce mémo

Échelle de teintes → absorbances → courbe → concentration inconnue