Synthèse additive et soustractive : maîtriser les principes de la lumière

Comprendre les principes de la synthèse additive et synthèse soustractive est essentiel pour quiconque s’intéresse à la physique de la lumière et aux couleurs. Ces concepts sont au cœur des technologies telles que les écrans de télévision, les projecteurs cinéma, ainsi que la peinture et l’impression d’images. Cet article vous offre une vue détaillée de ces deux méthodes de création et de mélange des couleurs.

Définition et principes de la synthèse additive

La synthèse additive est un modèle qui explique comment combiner des sources lumineuses colorées pour obtenir d’autres couleurs. Dans ce système, nous utilisons principalement trois couleurs primaires : le rouge, le vert et le bleu (souvent abrégées en RVB). En combinant ces trois lumières de façons différentes, il devient possible de produire toutes les autres couleurs visibles par l’œil humain.

D’un point de vue pratique, la synthèse additive est utilisée dans tous les dispositifs électroniques émettant de la lumière tels que les écrans d’ordinateur, les téléviseurs et les smartphones. Chacun de ces appareils dispose de minuscules pixels représentant les couleurs rouges, vertes et bleues, qui peuvent être allumés individuellement ou ensemble à différentes intensités pour créer une gamme large de teintes.

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Le principe de base

Le principe de base de la synthèse additive repose sur le concept que mélanger des sources de lumière de différentes couleurs permet de créer de nouvelles couleurs. Par exemple :

• Rouge + Vert = Jaune
• Rouge + Bleu = Magenta
• Vert + Bleu = Cyan
• Rouge + Vert + Bleu = Blanc

Mélanger les trois couleurs primaires à pleine intensité produit du blanc, tandis que l’absence de toute lumière produit du noir.

Exemples pratiques

Les écrans modernes sont des exemples parfaits d’application du principe de la synthèse additive. Chaque pixel sur un écran LCD ou LED se compose de petits sous-pixels rouges, verts et bleus. En ajustant l’intensité de chacun de ces sous-pixels, l’écran peut afficher une vaste gamme de couleurs avec une grande précision.

Définition et principes de la synthèse soustractive

La synthèse soustractive, quant à elle, fonctionne de manière opposée. Ici, il s’agit de soustraire certaines longueurs d’onde de la lumière visible pour obtenir de nouvelles couleurs. Contrairement à la synthèse additive qui utilise des lumières colorées, la synthèse soustractive utilise des pigments et des encres.

Les couleurs primaires en synthèse soustractive sont le cyan, le magenta et le jaune. Lorsque ces pigments sont mélangés, ils absorbent (ou soustraient) certaines parties du spectre lumineux et reflètent les autres, créant ainsi une couleur spécifique perçue par l’œil.

Les fondamentaux

Le fonctionnement de la synthèse soustractive repose sur l’absorption sélective de la lumière. Lorsque nous mélangeons deux pigments, chaque pigment absorbe certaines longueurs d’onde spécifiques tandis que celles restantes sont réfléchies, produisant une nouvelle couleur. Par exemple :

• Cyan + Magenta = Bleu
• Cyan + Jaune = Vert
• Magenta + Jaune = Rouge
• Cyan + Magenta + Jaune = Noir (idéalement)

Dans la réalité, les mélanges de ces trois pigments ne produisent pas un noir pur mais plutôt une teinte sombre brunâtre. C’est pourquoi dans l’impression professionnelle, on ajoute également du noir séparément à l’ensemble CMJ, formant ainsi le modèle CMJN (Cyan, Magenta, Jaune, Noir).

Applications courantes

La synthèse soustractive est surtout utilisée dans la peinture, l’impression et tout autre domaine où les pigments sont utilisés pour produire des couleurs. Par exemple, lors de l’impression d’une image sur papier, les imprimantes utilisent généralement des cartouches d’encre cyan, magenta, jaune et noire pour reproduire fidèlement les couleurs de l’image originale.

Applications pratiques et exercices

L’apprentissage et la compréhension des modèles additifs et soustractifs peuvent être enrichis par des exercices pratiques. Voici quelques suggestions d’activités pratiques que vous pouvez essayer :

Jeux d’éclairage avec des LEDs RGB

Utilisez des bandes LED rouges, vertes et bleues pour expérimenter l’effet de la synthèse additive en différents environnements sombres ou éclairés. Essayez de créer des couleurs secondaires comme le jaune, le cyan et le magenta en ajustant les intensités des différentes LEDs.

Peinture et mélange de couleurs

En utilisant des peintures ou des encres cyan, magenta et jaune, observez comment le mélange des couleurs produit différentes teintes. Comparez les résultats obtenus avec les attentes théoriques afin de mieux comprendre l’impact de la synthèse soustractive.

Observer avec un prisme

Utilisez un prisme pour décomposer la lumière blanche et observer directement les radiations de différentes longueurs d’ondes constituant le spectre visible. Cela permettra de visualiser comment les différentes couleurs se combinent et se séparent naturellement.

Simulations informatiques

Il existe plusieurs logiciels et applications qui permettent de simuler les effets de la synthèse additive et synthèse soustractive. Utiliser ces outils peut aider à visualiser et comprendre les concepts sans nécessiter d’équipement physique supplémentaire.

Un bon exercice consiste par exemple à utiliser un logiciel de retouche photo comme Photoshop ou GIMP pour manipuler les couches de couleurs et voir leur effet sur une image globale.

Création d’un filtre de couleurs

Créez des filtres colorés en utilisant du papier transparent teinté. À travers ces filtres, observez comment certains objets changent de couleur selon la lumière filtrée. Cela démontre clairement les principes de la réduction des gammes chromatiques disponibles à l’observateur en fonction des radiations reçues.