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La synthèse soustractive des couleurs

Par Yann le 01/08/2017 Ressources > Physique-Chimie > Première S > Optique > La Synthèse Soustractive des Couleurs

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Qu’est-ce qu’une synthèse soustractive ?

On réalise une synthèse soustractive lorsqu’on supprime une partie du spectre d’une lumière afin d’obtenir une couleur différente.

Comment obtenir une couleur par synthèse soustractive ?

Pour supprimer une partie du spectre d’une lumière, on peut utiliser des filtres colorés. On projette une lumière blanche sur un écran, devant lequel on va placer des filtres de différentes couleurs. Un filtre absorbe une partie du spectre de la lumière blanche, qui contient toutes les radiations (et donc toutes les couleurs) du visible, et « laisse passer » les rayonnements appartenant à l’autre partie du spectre.

On va donc « ôter » certaines radiations du spectre visible afin de ne transmettre que certains rayonnements colorés sélectionnés selon la couleur du filtre.

Ce phénomène est lié à la notion de longueur d’onde. En effet, un filtre laisse passer les rayonnements de longueur d’onde correspondant à sa couleur mais absorbe toutes les autres parties du spectre correspondant à des longueurs d’onde différentes.

Par exemple :

  • Un filtre rouge laisse passer la lumière rouge mais absorbe la lumière complémentaire : le cyan, qui est un mélange de lumière bleue et verte
  • Un filtre vert transmet la lumière verte mais absorbe la lumière complémentaire : le magenta, qui est un mélange de rouge et bleu
  • Un filtre cyan laisse passer la lumière cyan (composée de bleu et de vert) mais absorbe le rouge, qui correspond à sa couleur complémentaire

Les couleurs primaires

Une couleur primaire est une couleur ne pouvant être reproduite par un mélange d’autres couleurs. On parle de couleurs « primaires entre elles » si aucune ne peut être reproduite par un mélange d’autres couleurs. Ces couleurs primaires ne sont pas monochromatiques et couvrent tout le spectre de la lumière visible.

Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont différentes de celle de la synthèse additive. Il s’agit des couleurs cyan, magenta et jaune (CMJ). Dans le cas de la synthèse additive, les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu (RVB).

NB : L’acronyme RVB est très retrouvé dans les logiciels de graphisme et dans les réglages de certains appareils, car c’est la synthèse additive qui permet le mélange de lumières colorées retrouvés dans le fonctionnement d’appareils tels que les spots, la télévision ou les appareils photos numériques.

Les couleurs obtenue par synthèse soustractive

Si l’on place sur le trajet d’une lumière blanche plusieurs filtres correspondant à une couleur primaire on obtient les couleurs suivantes :

Couleurs des filtresCouleur transmise
Cyan + magentaBleu
Magenta + jauneRouge
Jaune + cyanVert
Cyan + magenta + jauneNoir

Synthèse soustractive des couleurs Schéma : synthèse soustractive des couleurs

La superposition de plusieurs filtres permet donc la sélection d’une seule couleur. La superposition des 3 filtres va provoquer l’absorption de toutes les radiations du spectre visible : aucune radiation ne sera donc transmise, le rendu sera noir, ce qui est caractéristique d’une absence de couleur.

Au contraire, lors de la superposition de 3 lumières colorées lors de la synthèse additive, on observe une couleur blanche, ce qui est du à la superposition des spectres des couleurs primaires utilisées, qui permet de reformer le spectre de la lumière blanche.

Les couleurs transmises sont également appelées « teintes secondaires ». On remarquera ici que ces couleurs correspondent aux couleurs primaires de la synthèse additive, et de la même façon, que les teintes secondaires de la synthèse additive correspondent aux couleurs primaires de la synthèse soustractive.

Il est important de noter que les couleurs décrites ci-dessus sont purement théoriques. En effet, afin d’obtenir une synthèse soustractive parfaite, il faudrait obtenir des filtres de couleurs optimales, dont le spectre ne comporterait qu’une seule plage au niveau maximum de luminosité. De tels spectres permettraient de transmettre parfaitement la lumière correspondant à la couleur du filtre, tout en absorbant toutes les autres radiations.

Les couleurs complémentaires

En synthèse additive, on dit qu’une première couleur est complémentaire d’une deuxième si l’on obtient le spectre de la deuxième couleur en supprimant le spectre de la première du spectre de la lumière blanche.

Un mélange de deux couleurs complémentaires produit un gris neutre (ou un résultat sans dominante colorée), symbole de l’annulation de la perception des couleurs. Dans le cas de la synthèse soustractive, ce gris est un gris sombre, alors qu’il peut tirer vers le blanc dans le cas de la synthèse additive, si les lumières colorées sont très lumineuses.

Qu’est-ce qu’une couleur complémentaire ? Les couleurs complémentaires sont placées le long d’un diamètre du disque chromatique, qui produit du gris en son centre.

Les couleurs complémentaires théoriques des couleurs primaires de la synthèse soustractive sont les suivantes :

  • La couleur complémentaire du cyan est le rouge
  • La couleur complémentaire du jaune est le bleu
  • La couleur complémentaire du magenta est le vert

Dans la pratique, les colorants n’étant pas parfaits, ces couleurs peuvent légèrement varier.

Application de la synthèse soustractive

La synthèse soustractive et la couleur des objets

Lorsqu’un objet est éclairé par une lumière blanche, il absorbe une partie de la lumière reçue et diffuse l’autre en la renvoyant dans toutes les directions). Ce phénomène est comparable à celui obtenu avec un filtre : la couleur des objets résulte d’une synthèse soustractive.

La synthèse soustractive est ainsi utilisée pour tous les procédés de coloration des objets, pour les peintures et l’impression.

Les lampes à incandescence colorées

Il est possible d’obtenir de la lumière colorée sans passer par un rayon de type laser monochromatique. En effet, en appliquant un verre coloré à une lampe à incandescence classique (qui émet en temps normal de la lumière blanche), on peut obtenir une lumière colorée, par le principe de la synthèse soustractive.

C’est notamment le mode de fonctionnement de certaines guirlandes, ou de certains feux tricolores.

Pourquoi certaines lampes sont colorées La guirlande est ici constituée d’une ampoule à lumière blanche classique. La couleur bleue perçue est due à la superposition d’un filtre bleu par-dessus le verre de l’ampoule, qui va donc transmettre uniquement les radiations bleues perçues par l’œil.

Fonctionnement des imprimantes

La très grande majorité des imprimantes fonctionnent avec un set de 4 cartouches :

  • Une cartouche cyan,
  • Une cartouche magenta,
  • Une cartouche jaune
  • Et une cartouche noire.

Ceci est lié à la synthèse soustractive. En effet, les imprimantes modernes utilisent la quadrichromie (« quatre couleurs », ici CMJ et le noir), afin de reproduire un large spectre colorimétrique à partir de ces 3 teintes de base, et du noir.

Bien que l’on puisse réaliser du noir avec ces 3 couleurs primaires, il est beaucoup plus pratique de posséder directement une cartouche noire, car il faudrait une grande quantité de couleurs primaires afin de réaliser du noir.

L’impression va s’effectuer en plusieurs étapes, une par couleur selon des intensités et des nuances différentes afin de faire ressortir les couleurs et de faire apparaître un certain contraste à l’image, puis un dernier passage en noir. Cela permet d’obtenir un spectre de couleur important. Cette méthode n’est cependant que moyennement adaptée aux couleurs vives telles que l’orange par exemple.

Quel est le lien entre imprimerie et synthèse soustractive ? Les différentes encres seront utilisées dans un ordre séquentiel, afin d’obtenir une restitution des couleurs la plus fidèle possible.

La photographie argentique

La photographie argentique, ancêtre de la photographie numérique, utilise également le principe de la synthèse soustractive.

En effet, les différents filtres présents sur un film négatif couleur, permettant le développement de la photo, présentent des teintes complémentaires aux teintes des couleurs primaires de la synthèse soustractive.

Ce sont ces filtres qui permettent, après exposition au flux lumineux de l’image photographiée, de révéler la photo grâce à une action chimique.

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