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Que sont les couleurs ?

Pendant des siècles, en parallèle à la question de la nature intime de la lumière, un autre débat animait les hommes de sciences : l’origine des couleurs.

Que sont les couleurs ?

2 > L’expérience cruciale (Experimentum crucis) réalisée par Newton en 1672. Après décomposition de la lumière par un premier prisme, Newton sélectionne à l’aide d’une fente un rayon d’une couleur donnée qu’il fait passer à travers un second prisme. L’absence de décomposition de ce rayon montre que les couleurs sont des « propriétés originelles et innées différentes suivant les rayons » inaltérables par réfl exion ou réfraction.

 

Pourquoi les plantes nous apparaissent-elles vertes ?  L’océan, bleu ? Les braises, rouges ? D’où viennent les couleurs ? Problème coriace qui a préoccupé les scientifiques depuis l’Antiquité.  Aristote (384-322 avant notre ère), qui avait remarqué que « le Soleil semble blanc par lui-même et rouge à travers un nuage ou de la fumée », apporta une réponse en demi-teinte, si l’on peut dire. Selon lui, les couleurs des milieux transparents étaient des mélanges de lumière et d’obscurité ; celles des corps opaques, des mélanges de blanc et de noir. Vingt siècles plus tard, le célèbre romancier, dramaturge et poète Johann von Goethe (1749-1832), passionné de sciences, adoptera aussi l’idée que les couleurs sont liées à divers degrés d’affaiblissement de la lumière (> 1). Ce faisant, il s’opposera farouchement aux conclusions d’Isaac Newton.

1 > Illustration issue de la Théorie des couleurs de Goethe (1810), très critique envers la conception newtonienne qui finira par l’emporter.

 

 

DES TAILLES ET DES COULEURS, ON DISCUTERA, M. NEWTON

Grâce à diverses expériences réalisées avec des prismes à partir de 1666, Newton montre que la lumière blanche n’est pas homogène, mais constituée de rayons de diverses couleurs (> 2). Ainsi, le blanc et le noir ne seraient pas des couleurs. Selon le  grand physicien, les corpuscules qui composent la lumière, en atteignant le fond de l’oeil, engendrent des vibrations qui sont transmises au cerveau en procurant diverses sensations de couleur  liées à la taille des corpuscules : rouge pour les plus gros, violet pour les plus petits, et les autres couleurs de l’arc-en-ciel pour les tailles intermédiaires.

La contestation des idées de Newton sur les couleurs ne vient pas seulement de Goethe mais aussi des partisans de la théorie ondulatoire de la lumière. Au début du xixe siècle, Thomas Young interprète en effet tous les phénomènes colorés en termes d’ondes lumineuses dont les plus grandes longueurs d’onde correspondent au rouge, et les plus petites, au violet.

 

VOIR EN COULEURS, C’EST APPLIQUER LA RÈGLE DE TROIS

Young s’interroge également sur la façon dont nous percevons des couleurs. Il lui paraît impossible que la rétine contienne autant de récepteurs sensoriels (de photorécepteurs, dirions-nous aujourd’hui) que de couleurs discernables entre les deux limites de longueurs d’onde du domaine visible, c’est-à-dire du violet au rouge. C’est pourquoi, en 1802, il postule l’existence de trois types de récepteurs dans la rétine, chacun sensible à un domaine de longueurs d’onde : le rouge, le jaune et le bleu. Il opère ce choix en s’inspirant des peintres qui savent depuis longtemps mélanger ces trois couleurs fondamentales pour obtenir n’importe quelle teinte. En 1807, Young finit par opter pour le rouge, le vert et le violet sur la base d’expériences où il fait tourner  rapidement des disques colorés afi n de mélanger les couleurs perçues par l‘oeil. Cette hypothèse de la vision trichromatique des couleurs sera reprise et développée cinquante ans plus tard par  Hermann von Helmholtz (1821-1894) et James Clerk Maxwell (1831-1879), l’auteur de la théorie des ondes électromagnétiques (> 3). Une conséquence importante des travaux de Young,  Helmholtz et Maxwell est la possibilité d’obtenir une lumière de couleur donnée en superposant en proportions adéquates trois lumières de couleurs rouge, verte et bleue. Un siècle plus tard, la présence de trois types de photorécepteurs de la rétine (appelés cônes), responsables de la vision en couleur, sera effectivement démontrée.

 

Une belle histoire de la lumière et des couleurs

Ce post est issu de l'ouvrage écrit par Bernard Valeur "Une belle histoire de la lumière et des couleurs" publié par les Editions Flammarion.
Vous pouvez retrouver les articles de la série #Histoires de lumière, publiés par C-YourMag en partenariat avec Flammarion, à cette adresse.
Pour découvrir le livre, voici la présentation sur le site des Editions Flammarion