Mohamed El Hali Orthoptiste/Opticien

On dit parfois que les ondes électromagnétiques sont un fait de la lumière. Nous avons tous une idée assez précise de ce qu’est la lumière, puisqu’on peut la voir, qu’elle provienne du soleil ou d’une ampoule. Il faut savoir que la lumière blanche est un rayonnement électromagnétique et qu’elle a la particularité d’être perçue par l’œil humain. Mais il existe d’autres types de rayonnements, tels que les rayons infrarouges (IR), les rayons ultraviolets (UV) ou les rayons X qui ne peuvent être détectés par nos yeux. Toutefois, la définition des ondes électromagnétiques couvre un bien plus large spectre de rayonnements que la lumière visible seule. Nous connaissons bien d’autres ondes électromagnétiques, comme les rayons X, les ultraviolets (UV), les infrarouges (IR), les micro-ondes ou les ondes radio…

LE SPECTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE

Le spectre électromagnétique est le classement des rayonnements électromagnétiques par fréquence, longueur d’onde dans le vide ou énergie photonique.
Le spectre électromagnétique s’étend sans rupture de zéro à l’infini. Pour des raisons tant historiques que physiques, on le divise en plusieurs grandes classes, dans lesquelles le rayonnement s’étudie par des moyens particuliers.

Fig 1 Le spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique (Fig. 1) est un rayonnement qui regroupe l’ensemble des ondes électromagnétiques différenciées selon leurs fréquences et leurs longueurs d’onde. On remarque à gauche de l’image que les longueurs d’onde sont très courtes et leur fréquence plus élevée. Ce sont donc des zones très énergétiques. Parmi celles-ci, on retrouve les rayons gamma, les rayons X et les rayons ultraviolets (UV). A droite de l’image, c’est plutôt le contraire : les longueurs d’onde sont très grandes et la fréquence beaucoup plus petite. Elles transportent donc moins d’énergie ; les rayons infrarouges (IR), les micro-ondes et les ondes radio font partie de cette catégorie. Les ondes électromagnétiques les plus énergétiques et les plus dangereuses pour nous auront une grande énergie mais une faible longueur d’onde. Une grande énergie = faible longueur d’onde.

LE SPECTRE VISIBLE


La lumière blanche visible, appelée aussi spectre visible, ne constitue qu’une petite portion de l’ensemble du spectre électromagnétique complet (Fig. 2). Ce spectre visible par l’humain est situé entre les UV et les IR.
On appelle lumière visible uniquement la zone des ondes électromagnétiques à laquelle nos yeux sont réceptifs. D’autres animaux ou insectes n’ont pas la même vision que nous : leur spectre de visibilité peut être décalé dans les IR (moustiques) ou dans l’UV (abeilles).
Nos yeux sont donc sensibles uniquement entre 400 nanomètres de longueur d’onde (violet-bleu) et 700 nanomètres (rouge) ; soit les seules longueurs d’onde que l’œil humain peut percevoir (Fig 2).

Fig 2 Le spectre visible

LA DISPERSION DE LA LUMIÈRE


En revanche, lorsque l’on voit de la lumière blanche, on ne distingue pas automatiquement les différentes couleurs qui la composent.
Newton (1666) (Fig.3) est le premier qui a découvert la décomposition de la lumière blanche par le prisme et la théorie des couleurs en donnant l’interprétation de la séparation des couleurs par le prisme.
Newton caractérise de manière méthodique le fait que la lumière est constituée de plusieurs couleurs (Fig. Schéma de Newton) et a introduit l’équivalence entre couleur des rayons et leurs degrés divers de réfrangibilité dans un milieu d’indice donné.

Fig 3


En positionnant le prisme et la source de lumière selon certains angles, le rayon lumineux entre dans le prisme et est réfracté, donc dévié de sa trajectoire initiale, car la lumière se propage moins vite dans le prisme que dans l’air et sa vitesse diminue (réfraction) (Fig. 4).

Fig 4

La réfraction de la lumière dans le prisme fait apparaître des couleurs différentes, soit le violet, l’indigo, le bleu, le vert, le jaune, l’orangé et le rouge .
Ce phénomène s’explique par le fait que chacune des couleurs de la lumière possède sa propre longueur d’onde, donc sa propre fréquence. De ce fait, l’indice de réfraction de chaque couleur est différent, donc elle dévie sous un angle différent. C’est la dispersion de la lumière.
On remarque que chaque couleur de la lumière blanche possède sa propre longueur d’onde. En effet, la longueur d’onde du violet par exemple se situe autour de 400 nanomètres, tandis que celle du rouge est d’environ 700 nanomètres (fig 5).

Fig 5

Le même phénomène est observable dans l’arc-en-ciel qui apparaît après une pluie par beau temps.
La lumière réfractée en pénétrant dans les gouttes de pluie suspendues dans l’air, subit ensuite une réflexion partielle à l’arrière de celle-ci (point B sur le schéma) et est réfractée à nouveau en sortant (point C). La déviation qui en résulte est plus forte pour le violet que pour le rouge. C’est l’origine de l’arc primaire, le plus intense, qui occupe une bande angulaire de 40° à 42° dans la direction opposée au soleil.

Fig 6

COMMENT VOIT-ON LA COULEUR D’UN OBJET ?


Toutefois, nos yeux ne fonctionnent pas de la même manière. Alors comment fait-on pour percevoir les différentes couleurs qui nous entourent ?
En fait, c’est grâce à la lumière réfléchie par les objets eux-mêmes. Si le soleil éclaire le feuillage d’un arbre, le feuillage nous réfléchit sa couleur verte par exemple et les autres couleurs sont absorbées sauf le vert (couleur du feuillage) qui sera réfléchi et ainsi perçu par nos yeux (Fig. 7).

Fig 7

Par ailleurs, lorsque cette lumière blanche est projetée sur une surface colorée comme un tee-shirt, une partie de cette lumière sera absorbée et la partie réfléchie correspondra à la couleur que l’on perçoit .
On peut déterminer approximativement la couleur d’un objet si l’on connaît la longueur d’onde que sa surface absorbe en consultant le cercle chromatique (Fig. 9). La lumière réfléchie, donc celle que l’on voit, est située dans le cercle chromatique à l’opposé de celle absorbée par l’objet.
Par exemple, un des principaux pigments des carottes est le bêta-carotène. Ce pigment absorbe une partie de la lumière entre 400 et 500 nanomètres, soit dans la région du violet et surtout du bleu. La lumière réfléchie (Fig. 10) se situe donc un peu dans le jaune mais surtout dans l’orange, ce qui explique la couleur des carottes.

Fig 9
Fig 10

Le blanc et le noir sont-ils des couleurs ?


La lumière blanche peut être décomposée en couleurs, mais également reconstituée : en plaçant deux prismes à la suite, les couleurs de l’arc-en-ciel s’additionnent pour reformer la lumière blanche. C’est Newton qui le premier effectua cette expérience. Le blanc est la somme de plusieurs couleurs différentes superposées. Un objet blanc va réfléchir toute la lumière et par conséquent toutes les couleurs (toute la lumière est réfléchie).
Et la définition d’une couleur implique qu’elle soit associée à une longueur d’onde particulière, alors le blanc n’est pas une couleur.
Le noir ne serait pas une couleur non plus : il représente en fait l’absence de lumière reçue par l’œil (la lumière est piégée). Dans un espace totalement sombre (pas de lumière), notre œil ne capte rien et le cerveau interprète cela comme du noir. De même, un objet est vu noir lorsqu’il ne réfléchit ou n’émet pas de lumière. Le noir n’a pas non plus de longueur d’onde.


CONCLUSION

Malgré que la lumière blanche soit d’apparence incolore, elle est composée de toutes les couleurs pour l’œil de la majorité des primates dont l’Homme.