La synthèse de la lumière blanche

1. Recomposer la lumière blanche du spectre

Analyser la lumière blanche, c'est la décomposer en couleurs. Faire la synthèse de la lumière blanche, c'est l'opération inverse : reconstituer la lumière blanche en réunissant ses couleurs.

Expérience 1 : avec un second prisme ou une lentille. Après un premier prisme, on place sur le trajet du faisceau coloré :

• soit un second prisme identique, placé tête-bêche (sa base du côté opposé) ;
• soit une lentille convergente (une loupe), qui rassemble les faisceaux colorés.

Là où toutes les couleurs se superposent, l'écran redevient blanc.

Si l'on cache une partie du spectre (par exemple le rouge) avant la lentille, la tache n'est plus blanche mais colorée : il faut toutes les couleurs pour obtenir le blanc.

Expérience 2 : le disque de Newton. On peint sur un disque de carton des secteurs aux couleurs du spectre (rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo, violet). On le fait tourner très vite. Le disque paraît alors blanc grisâtre.

Explication : l'œil garde l'image de chaque couleur pendant un court instant (environ un dixième de seconde) : c'est la persistance rétinienne. Quand le disque tourne vite, les couleurs se superposent dans l'œil et le cerveau perçoit leur mélange, proche du blanc. Le disque paraît grisâtre plutôt que blanc éclatant, car les peintures ne renvoient qu'une partie de la lumière qu'elles reçoivent.

2. Trois couleurs suffisent : la synthèse additive

On n'a pas besoin des sept couleurs pour obtenir du blanc. Avec trois projecteurs de lumière rouge, verte et bleue dirigés vers un écran blanc, on obtient :

On dit que le rouge, le vert et le bleu sont les trois couleurs primaires de la synthèse additive : en les additionnant (en superposant ces lumières) avec des intensités convenables, on peut obtenir le blanc et presque toutes les autres couleurs. Le jaune, le magenta et le cyan s'appellent les couleurs secondaires : chacune est la somme de deux couleurs primaires.

Attention : ce sont des lumières que l'on additionne. Mélanger des peintures ne suit pas les mêmes règles (mélanger du jaune et du bleu en peinture donne du vert, pas du blanc) : c'est une autre synthèse, que tu étudieras plus tard.

3. Les couleurs complémentaires

Deux lumières colorées sont complémentaires quand leur superposition donne de la lumière blanche.

Dans le cercle des couleurs, deux couleurs complémentaires sont face à face :

• rouge et cyan : rouge + (vert + bleu) = blanc ;
• vert et magenta : vert + (rouge + bleu) = blanc ;
• bleu et jaune : bleu + (rouge + vert) = blanc.

Pour trouver la complémentaire d'une couleur primaire, on additionne les deux autres couleurs primaires.

4. Applications

• Les écrans (téléphones, télévisions, ordinateurs) : chaque point de l'image, appelé pixel, est formé de trois minuscules sources, rouge, verte et bleue. En réglant l'intensité de chacune, l'écran fabrique toutes les couleurs. C'est ce qu'Ousmane a vu à la loupe : blanc = rouge + vert + bleu allumés ; jaune = rouge + vert allumés, bleu éteint.
• Les éclairages de scène (concerts, spectacles, fêtes) : on superpose des projecteurs colorés pour créer des ambiances.
• Certaines lampes d'éclairage modernes produisent du blanc en combinant plusieurs lumières colorées.