Physique-Chimie1ère

Filtres colorés
Couleurs et perception

Maîtrisez les filtres colorés : absorption, transmission, synthèse soustractive et applications pratiques grâce à ces 5 exercices détaillés.

Concepts & Exercices
T = \frac{I_{transmise}}{I_{incidente}}
Coefficient de transmission
Lumière blanche
↓
Filtre cyan
↓
Cyan
Transmission
T = I_t / I_i
Proportion de lumière transmise
Absorption
A = 1 - T
Lumière absorbée
Couleur complémentaire
R + C = Blanc
Rouge + Cyan
🔍
Filtre coloré : Matériau semi-transparent qui absorbe certaines longueurs d'onde et transmet les autres.
🌈
Synthèse soustractive : Base de la colorimétrie des filtres et pigments.
⚡
Coefficient de transmission : Valeur entre 0 et 1 indiquant la proportion de lumière transmise.
💡
Conseil : Un filtre absorbe sa couleur complémentaire et transmet les autres
🔍
Attention : Le filtre cyan transmet le bleu et le vert, mais absorbe le rouge
⚡
Astuce : Cyan = absence de rouge, Magenta = absence de vert, Jaune = absence de bleu
Exercice 1
Un filtre rouge est placé devant une lumière blanche. Quelles sont les couleurs transmises et absorbées ?
Exercice 2
Quelle est la couleur d'un filtre qui transmet uniquement la lumière bleue ? Justifier.
Exercice 3
Un filtre absorbe la lumière rouge (650 nm). Quelle est sa couleur apparente ? Expliquer.
Exercice 4
Un faisceau lumineux de 100 W/m² traverse un filtre qui transmet 40 W/m². Calculer le coefficient de transmission.
Exercice 5
Expliquer ce qui se passe lorsqu'on superpose un filtre cyan et un filtre magenta à un faisceau lumineux blanc.
Corrigé : Exercices 1 à 3
1 Filtre rouge
Définition :

Filtre coloré : Matériau semi-transparent qui absorbe certaines longueurs d'onde de la lumière et transmet les autres. En synthèse soustractive.

Méthode d'analyse :
  1. Identifier la couleur du filtre
  2. Déterminer sa couleur complémentaire
  3. Identifier les couleurs absorbées et transmises
  4. Expliquer le mécanisme de filtration
Lumière blanche
↓
Filtre rouge
↓
Rouge
Filtre
Rouge
Absorbé
Cyan
Transmis
Rouge
Étape 1 : Identifier la couleur du filtre

Le filtre est rouge, ce qui signifie qu'il apparaît rouge à l'oeil.

Étape 2 : Déterminer la couleur complémentaire

La couleur complémentaire du rouge est le cyan (bleu + vert).

Étape 3 : Identifier les couleurs absorbées

Le filtre rouge absorbe les longueurs d'onde correspondant au cyan.

Étape 4 : Identifier les couleurs transmises

Le filtre rouge transmet les longueurs d'onde correspondant à sa propre couleur : le rouge.

Absorbé: Cyan, Transmis: Rouge
Réponse finale :

Le filtre rouge absorbe la lumière cyan (combinaison de bleu et vert) et transmet la lumière rouge. C'est pourquoi il apparaît rouge à l'oeil.

Règles pour les filtres :

• Filtre rouge : Absorbe Cyan (B+V), transmet Rouge (R)

• Filtre vert : Absorbe Magenta (R+B), transmet Vert (V)

• Filtre bleu : Absorbe Jaune (R+V), transmet Bleu (B)

2 Filtre qui transmet bleu
Définition :

Filtre bleu : Filtre qui transmet principalement les longueurs d'onde correspondant à la couleur bleue et absorbe les autres couleurs.

Lumière blanche
↓
Filtre bleu
↓
Bleu
Transmis
Bleu
Absorbé
Jaune
Couleur filtre
Bleu
Étape 1 : Identifier les couleurs transmises

Le filtre transmet uniquement la lumière bleue.

Étape 2 : Déterminer les couleurs absorbées

Si le filtre transmet le bleu, il absorbe les autres couleurs, notamment le jaune (R+V).

Étape 3 : Identifier la couleur du filtre

Le filtre apparaît de la couleur qu'il transmet, donc bleu.

Étape 4 : Justifier avec la synthèse soustractive

Le filtre bleu absorbe sa couleur complémentaire (jaune) et transmet sa propre couleur (bleu).

Filtre bleu (absorbe jaune)
Réponse finale :

Le filtre est bleu. Il absorbe la lumière jaune (combinaison de rouge et de vert) et transmet la lumière bleue. Sa couleur apparente correspond à la lumière qu'il transmet.

Règles d'identification :

• Couleur du filtre : Correspond à la lumière transmise

• Absorption : Le filtre absorbe sa couleur complémentaire

• Transmission : Le filtre transmet sa propre couleur

3 Filtre qui absorbe rouge
Définition :

Filtre cyan : Filtre qui absorbe la lumière rouge et transmet les lumières bleue et verte. Sa couleur apparente est cyan.

Lumière blanche
↓
Filtre cyan
↓
Cyan
Absorbé
Rouge
Transmis
Cyan = B + V
Couleur
Cyan
Étape 1 : Identifier la couleur absorbée

Le filtre absorbe la lumière rouge (longueur d'onde ~650 nm).

Étape 2 : Déterminer la couleur complémentaire

La couleur complémentaire du rouge est le cyan (combinaison de bleu et de vert).

Étape 3 : Identifier la couleur transmise

Le filtre transmet les couleurs qui ne sont pas absorbées : bleu et vert (soit cyan).

Étape 4 : Déterminer la couleur apparente

Le filtre apparaît de la couleur qu'il transmet, donc cyan.

Filtre cyan (absorbe rouge)
Réponse finale :

Le filtre est cyan. Il absorbe la lumière rouge et transmet la lumière cyan (bleu + vert). C'est pourquoi il apparaît cyan à l'oeil.

Couples absorption/transmission :

• Rouge absorbe → Cyan transmis (B+V)

• Vert absorbe → Magenta transmis (R+B)

• Bleu absorbe → Jaune transmis (R+V)

Corrigé : Exercices 4 à 5
4 Coefficient de transmission
Définition :

Coefficient de transmission : \(T = \frac{I_{transmise}}{I_{incidente}}\) rapport entre l'intensité lumineuse transmise et l'intensité lumineuse incidente.

Données
I_i = 100 W/m², I_t = 40 W/m²
Formule
T = I_t / I_i
Résultat
T = 0.40
Étape 1 : Identifier les intensités lumineuses

Intensité incidente : I_i = 100 W/m², Intensité transmise : I_t = 40 W/m²

Étape 2 : Appliquer la formule du coefficient de transmission

\(T = \frac{I_{transmise}}{I_{incidente}}\)

Étape 3 : Substituer les valeurs

\(T = \frac{40}{100} = 0.40\)

Étape 4 : Interpréter le résultat

Le coefficient de transmission est de 0.40, soit 40% de la lumière est transmise.

T = 0.40 (40% transmis)
Réponse finale :

Le coefficient de transmission du filtre est de 0.40. Cela signifie que 40% de la lumière incidente est transmise à travers le filtre, tandis que 60% est absorbée ou réfléchie.

Propriétés du coefficient :

• Valeur comprise entre : 0 et 1 (ou 0% et 100%)

• Filtre idéal transparent : T = 1 (100% transmis)

• Filtre idéal opaque : T = 0 (0% transmis)

5 Superposition de filtres
Définition :

Synthèse soustractive : Lors de la superposition de filtres, chaque filtre absorbe certaines longueurs d'onde de la lumière qui lui parvient.

Lumière blanche
↓
Filtre cyan
↓
Filtre magenta
↓
Bleu
Cyan
Transmet B + V
Magenta
Transmet R + B
Résultat
Bleu
Étape 1 : Analyser le premier filtre (cyan)

Le filtre cyan absorbe le rouge et transmet le bleu et le vert.

Étape 2 : Analyser la lumière arrivant sur le second filtre

Après le filtre cyan, seule la lumière bleue et verte arrive sur le filtre magenta.

Étape 3 : Analyser le second filtre (magenta)

Le filtre magenta absorbe le vert et transmet le rouge et le bleu.

Étape 4 : Déterminer la lumière finale transmise

Sur la lumière bleue et verte qui arrive, le magenta transmet seulement le bleu (car il absorbe le vert).

Étape 5 : Conclusion

Seule la lumière bleue est transmise par l'ensemble des deux filtres.

Bleu (superposition CM)
Réponse finale :

Lorsqu'on superpose un filtre cyan et un filtre magenta à un faisceau lumineux blanc, seule la lumière bleue est transmise. Le filtre cyan retire le rouge (transmet B+V), puis le filtre magenta retire le vert (transmet R+B), ne laissant passer que le bleu.

Superposition de filtres :

• Chaque filtre agit successivement : Le second filtre agit sur la lumière filtrée par le premier

• Résultat : Intersection des couleurs transmises par chaque filtre

• Application : Cela explique comment les imprimantes créent différentes couleurs

Cours bien détaillé
T = \frac{I_{transmise}}{I_{incidente}}
Coefficient de transmission
🎯
Filtre coloré : Matériau qui absorbe certaines longueurs d'onde et transmet les autres, fonctionnant en synthèse soustractive.
📏
Coefficient de transmission : Valeur entre 0 et 1 indiquant la proportion de lumière transmise (T = I_t / I_i).
🔍
Couleur apparente : Un filtre apparaît de la couleur qu'il transmet, pas de celle qu'il absorbe.
📝
Synthèse soustractive : Base de la colorimétrie : on retire (soustrait) des couleurs à la lumière blanche.
💡
Conseil : Retenir les couples de couleurs complémentaires (R↔C, V↔M, B↔J)
🔍
Attention : Le filtre absorbe sa couleur complémentaire, pas sa propre couleur
⚡
Astuce : Cyan = absence de rouge, Magenta = absence de vert, Jaune = absence de bleu
📋
Méthode : Toujours identifier la lumière transmise et la lumière absorbée
✅
Vérification : La somme des couleurs absorbées et transmises doit donner la lumière blanche
Couples de couleurs complémentaires :
  • Rouge ↔ Cyan : R absorbe C, C transmet R (absorbe R, transmet B+V)
  • Vert ↔ Magenta : V absorbe M, M transmet V (absorbe V, transmet R+B)
  • Bleu ↔ Jaune : B absorbe J, J transmet B (absorbe B, transmet R+V)
Points clés à retenir :
  • Un filtre coloré absorbe certaines longueurs d'onde et transmet les autres
  • La couleur apparente d'un filtre est la couleur qu'il transmet
  • Un filtre absorbe sa couleur complémentaire en synthèse soustractive
  • Le coefficient de transmission est toujours compris entre 0 et 1
  • La superposition de filtres suit les règles de la synthèse soustractive
Tableau récapitulatif des filtres :
Couleur du filtre Absorbe Transmet Couleur complémentaire
Rouge Cyan (B+V) Rouge (R) Cyan
Vert Magenta (R+B) Vert (V) Magenta
Bleu Jaune (R+V) Bleu (B) Jaune
Cyan Rouge (R) Cyan (B+V) Rouge
Magenta Vert (V) Magenta (R+B) Vert
Jaune Bleu (B) Jaune (R+V) Bleu
Transmission
T = I_t / I_i
Proportion transmise
Absorption
A = 1 - T
Proportion absorbée
Filtres colorés Couleurs et perception