Couleurs

La lumière, ce sont des photons, autrement dit une onde électromagnétique sinusoïdale. Un photon unique présente une fréquence f spécifique, reliée à sa longueur d'onde λ avec la formule :

avec c : vitesse de la lumière dans le vide.

Ce qui n'a rien de particulier aux photons du reste, c'est valable pour n'importe quelle onde dite monochromatique = qui ne présente qu'une seule couleur ah tiens, justement, on s'intéresse à la couleur.

Vous savez déjà que l'œil humain n'est pas sensible à toutes les longueurs d'onde, seule une partie du spectre électromagnétique est visible, et voici un résumé des caractéristiques qu'il est commode de connaitre :

La partie visible n'est qu'une toute petite fraction du spectre.

Les caméras CMOS, celles de nos smartphones, sont également sensibles aux infrarouges, autrement dit elles perçoivent un spectre plus étendu que l'œil humain, et il a fallu leur ajouter un filtre infrarouge pour imiter l'œil.

Tout ça pour dire que la notion de couleur est vraiment un élément particulier à l'œil humain, et que d'autres animaux ne voient pas forcément comme nous...

Comme la lumière est rarement composée d'une seule sorte de photons, il est utile d'analyser sa composition spectrale, autrement dit la répartition du nombre de photons dans les différentes longueurs d'onde. On réalise cela avec un analyseur de spectre —un spectromètre, spectrophotomètre, spectrographe, spectroscope—, souvent basé sur une particularité que présentent certains matériaux transparents : la vitesse de la lumière varie avec la longueur d'onde, ce qui provoque une déviation variable suivant la couleur, c'est le célèbre prisme, mais aussi la pluie avec l'arc-en-ciel résultant.

Il suffit de mettre un photodétecteur à la sortie du prisme pour mesurer la quantité de lumière dans chaque "petite bande de fréquence", la résolution dépendra de la déviation et de la taille du capteur (des pixels de la caméra si c'est une caméra).

Ce n'est pas la seule technique d'analyse de la lumière (par exemple les réseaux de diffraction), mais c'est sans importance pour nous ici. Par contre, les résultats suivants devraient vous surprendre si vous n'aviez jamais regardé cela avant. Parce que l'image du prisme nous incite à penser que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, et ça n'est pas toujours le cas.

Une LED rouge est relativement monochromatique, mais elle présente quand même une certaine largeur de bande.

Un laser, par nature, est vraiment monochromatique, on voit bien le pic du laser. Cela permet d'évaluer la résolution de l'appareil de mesure, plutôt que de caractériser le laser.

Maintenant qu'on a compris ce que faisait le spectromètre, que dire de la lumière naturelle, celle qui provient de notre soleil ? Eh bien c'est très variable suivant la position du soleil, la quantité de nuages, l'environnement (mer, montagne), etc...

Vous constaterez la présence de photons à toutes les longueurs d'onde, c'est pour cela que l'on qualifie cette lumière de lumière blanche, mais les niveaux sont variables, et il existe dans l'atmosphère des composants qui pompent la lumière à certaines longueurs d'onde, d'où les trous caractéristiques.

Et ces LED blanches, sont-elles vraiment blanches ? Eh bien oui et non.

On ne sait pas faire de diodes électroluminescentes émettant un large spectre de photons, c'est toujours du type de la LED rouge précédente.

Pour faire du blanc, on a pris une LED bleue, ici elle émet à 459 nm, et on choisit judicieusement des pigments fluorescents qui vont absorber une partie des photons bleus pour les réémettre grosso modo dans le jaune (ici à 542 et 590 nm), l'ensemble fournissant une impression de blanc.

Mais on peut bien choisir les pigments et la quantité que l'on veut, et obtenir des spectres arbitraires, par exemple du blanc chaud.

Ces lampes, basées sur un filament chauffant, émettent énormément dans l'infrarouge, forcément. Mais peu dans le bleu, ce que l'on reproche à présent aux lampes LED...

Pour améliorer les choses, les lampes à halogènes, qui sont à incandescence, mais qui contiennent un gaz halogène, émettent un peu mieux dans la bande visible. Elles sont un poil plus efficaces, c'est pour ça qu'elles sont encore plus ou moins autorisées.

Ces saloperies de lampes fluorescentes "compactes" qu'on nous a forcées à utiliser en remplacement des lampes à incandescences, sont une hérésie écologique complètement débile. Et avec du mercure inoffensif...

Admirez mes pics de mercure à 405, 436, 546 et 692 nm ! Le reste c'est du terbium ou de l'europium...