Qu’est-ce que la couleur?

Pas tout de suite…

Tout d’abord, il faut débuter par comprendre que des particules chargées, les photons, circulent partout dans l’air en tout temps. Ces particules émettent un champ magnétique et un champ électrique qui varient en augmentant, puis diminuant en un cycle continu, c’est ce qu’on appelle les ondes électromagnétiques. Plus l’énergie dégagée de la particule varie rapidement, plus grande est sa fréquence. Mais, ce qui est le plus fascinant est comment nous percevons complètement différemment ces particules selon leur fréquence.

Ci-dessous, tu peux voir une illustration qui résume le spectre électromagnétique: à gauche, sont les ondes avec les plus basses fréquences et ce sont les ondes radio. L’énergie d’une onde radio est  basse, mais ceci est aussi un avantage car elle peut voyager de très grandes distances et traverser plusieurs matériaux sans les affecter. Les ondes radio sont utilisées pour les communications et chaque fréquence est réservée pour différente utilisation. Si cela t’intéresses, tu peux analyser ce tableau (que tu peux agrandir) pour voir comment la section radio du spectre est sous-divisé très minitieusement pour que les communications ne s’entremêlent pas en voyageant dans les airs.

Ensuite, nous avons les micro-ondes que nous utilisons dans le four du même nom. Celui-ci utilise sa puissance électrique pour concentrer l’énergie de ces ondes et faire cuire les aliments.

Puis, nous arrivons dans les fréquences du spectre lumineux qui émettent de la lumière. Tout d’abord, il y a la lumière infrarouge, que l’humain ne peut pas voir. Une grande quantité d’infrarouges nous provient du soleil et réchauffent notre atmosphère. Nous utilisons aussi des lampes à infrarouge comme méthode de chauffage. Mais l’endroit le plus commun pour retrouver une ampoule à infrarouge est une télécommande. Pour voir si ta télécommande de ton téléviseur fonctionne à infrarouge, il suffit de regarder le bout de la télécommande avec une caméra, comme celle d’un téléphone intelligent, puis lorsque tu appuies sur un bouton, tu devrais pouvoir voir la lumière, alors que ton oeil seul ne la voit pas!

Ensuite, nous avons le spectre de lumière visible à l’humain et c’est ici que se cachent nos couleurs ! Mais nous y reviendrons, terminons d’abord en regardant l’extrême droite du spectre, avec les ondes à haute fréquence. Après le spectre de lumière visible, nous avons donc la lumière ultraviolette. Tu la connais possiblement car celle qui provient du soleil (les rayons UV pour ultraviolet) peut endommager notre peau et nos yeux si on ne se protège pas adéquatement avec de la crème et des lunettes solaires.

Nous quittons ensuite le spectre de la lumière, avec les rayons X qui sont utilisés en radiographie. Ces ondes à grande énergie nous permettent de voir à travers notre corps, mais peuvent être dangereuses à grande dose, c’est pourquoi les radiologistes doivent particlièrement être prudents car ils cotoient ces puissants rayonnements tous les jours.

Finalement, nous avons les rayons gamma, les ondes avec la plus haute fréquence. Ces rayonnements sont très puissants et sont émis par les objets dans l’espace ayant la plus grande température et potentiel énergétique. Heureusement, notre atmosphère les bloque et nous empêche d’être bombardés de ces rayonnements cosmiques dangereux. Sur Terre, ces rayonnements proviennent aussi des matériaux radioactifs et même, parfois, des éclairs d’orages électriques.

De retour dans le spectre visible

Dans la section colorée du spectre, se trouvent toutes les couleurs que notre oeil détecte. Ces ondes varient entre 380 et 700 nanomètres en fréquence, ou en d’autres mots, sur la distance d’un millimètre, l’énergie oscille entre 26 à 14 fois. Les couleurs avec le plus d’énergie sont les violets (à droite, avant les ultraviolettes) et le rouge a la plus faible énergie. Ce spectre de couleur comprend toutes les couleurs entre le rouge et le violet, comme dans un arc-en-ciel.

Comment se forme un arc-en ciel ?

Tu remarqueras qu’il n’existe pas de lumière blanche dans ce spectre. En fait, la lumière blanche est composée de toutes les couleurs combinées. Il est possible de séparer ces couleurs grâce à une caractéristique du comportement de la lumière :  la réfraction.

La réfration de produit quand la lumière change de vitesse dans un milieu plus dense. Fais cette expérience très simple: prend un verre (fait de verre le plus lisse possible pour bien voir) et met un crayon dans l’eau. Si tu regardes à la surface de l’eau, tu devrais voir comment le crayon semble changer de direction sous l’eau ! Ceci est une illusion causée car ton oeil reçoit l’image du crayon à une vitesse différente!

Bon revenons à nos couleurs… maintenant tu sais que l’eau affecte la vitesse de la lumière et que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs. Alors, si des goutelettes d’eau sont en suspension dans les airs, comme de la brume (ou de la vapeur qui se voit moins bien à l’oeil nu) et que le soleil les illumine, on peut observer un arc-en-ciel si on est dans le bon angle.

Tu peux reproduire ce phénomène en :

1. mettant un petit miroir dans le fond d’un contenant d’eau. Puis, éclaire le miroir avec une lampe de poche pour que la lumière se réflète sur une surface blanche, comme un mur. En déplaçant le lumière et trouvant le bon angle, tu devrais pouvoir recréer le spectre de lumière visible.
2. utilisant un cristal. Comme de l’eau, le cristal est plus dense que l’air. Il suffit de l’illuminer du bon angle pour créer des arcs de couleurs.

Le savais-tu?

Un arc-en-ciel est le plus souvent accompagné d’un jumeau inversé !  La prochaine fois que tu vois un arc-en-ciel, remarques bien: le violet est toujours vers l’intérieur de l’arc, mais observe encore plus attentivement et tu pourrais voir un autre arc-en -ciel plus faible au-dessus:celui-ci a les couleurs inversées, le rouge est vers l’extérieur de l’arc! Tu peux voir ce phénomène dans la photo ci-dessus.

5 expériences cool avec la réfraction

1. ici, la lumière change de direction et se croise avant de revenir vers notre oeil.
2. Ici, les fréquences de couleur change direction dans l’air entre le papier et la plastique mais ne parvient pas à s’échapper du plastique à l’eau.
3. Ici, le bécher semble disparaitre grâce à un liquide qui a le même indice de réfraction que le verre.
4. Ici, la lumière laser pénètre le verre et change de direction, mais en ressort avec la même direction, mais déplacé par son voyage dans le verre.
5. Ici, l’on voit bien l’angle mince qui permet de produire le spectre colorée de la lumièree visible.

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