Programme en vigueur — arrêté du 9 novembre 2015, applicable en 5ème depuis la rentrée 2016. Voir le texte
Propagation rectiligne de la lumière. Sources primaires et secondaires. Décomposition de la lumière blanche (prisme, arc-en-ciel). Couleurs des objets : lumière réfléchie et absorbée. Ombres et pénombres.
La règle d'or
Un objet n'a pas de couleur en lui-même : il renvoie une partie de la lumière qu'il reçoit et absorbe le reste, et c'est la partie renvoyée que nous voyons.
L'erreur que tout le monde fait
Affirmer qu'un objet rouge reste rouge quelle que soit la lumière qui l'éclaire.
Un objet rouge ne peut renvoyer que du rouge, et il ne peut le faire que si la lumière qui l'éclaire en contient : éclairé en lumière verte, il n'a rien à renvoyer et apparaît noir. La couleur est le résultat d'une rencontre entre l'objet et la lumière, pas une propriété de l'objet seul.
Se demander d'abord ce que contient la lumière incidente, ensuite ce que l'objet sait renvoyer.
Un pull rouge dans une pièce éclairée en bleu paraît noir. Le pull n'a pas changé, l'œil non plus : c'est la lumière qui arrive qui a changé. La couleur d'un objet n'est pas une propriété qu'il possède seul — c'est le résultat d'une rencontre entre une lumière et une surface. Ce chapitre démonte cette rencontre.
1Voir : sources et propagation
Définition
Source primaire et source secondaire — Une source primaire produit elle-même la lumière qu'elle émet : le Soleil, une flamme, une lampe allumée, un écran. Une source secondaire ne produit rien : elle renvoie la lumière qu'elle reçoit — la Lune, un mur, une page, tout objet éclairé. Un objet est visible dans les deux cas, mais pour une raison opposée.
Règle
Dans un milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite : c'est la propagation rectiligne. On la représente par un rayon lumineux, une droite fléchée qui indique le sens du trajet. Cette propriété a une conséquence directe : pour qu'un objet soit vu, il faut qu'un trajet rectiligne relie l'objet à l'œil, sans obstacle.
Piège
Dessiner des rayons partant de l'œil vers l'objet.
Pourquoi — La lumière va de la source vers l'objet, puis de l'objet vers l'œil. L'œil ne produit rien : il reçoit. Un schéma fléché dans le mauvais sens rend inexplicable qu'on ne voie rien dans le noir complet — car si l'œil émettait, l'obscurité ne changerait rien.
Le réflexe — Suivre le trajet dans l'ordre : source → objet → œil. Les flèches ne repartent jamais de l'œil.
Définition
Ombre et pénombre — Un objet opaque placé sur le trajet de la lumière crée derrière lui une zone privée de lumière. Avec une source ponctuelle, cette zone est nette : c'est l'ombre propre sur l'objet et l'ombre portée sur l'écran. Avec une source étendue, une zone intermédiaire apparaît, éclairée par une partie seulement de la source : c'est la pénombre, et son existence explique le contour flou des ombres réelles.
Une source ponctuelle donne une ombre nette ; une source étendue ajoute une pénombre.
2La lumière blanche n'est pas simple
Règle
La lumière blanche — celle du Soleil ou d'une lampe à incandescence — est un mélange de lumières colorées. Un prisme la décompose : chaque couleur y est déviée d'un angle différent, si bien qu'elles se séparent. On obtient une bande continue de couleurs, le spectre, qui va du rouge au violet en passant par l'orange, le jaune, le vert et le bleu.
L'arc-en-ciel est cette même décomposition, réalisée par les gouttes d'eau en suspension dans l'air à la place du prisme. C'est pourquoi il apparaît quand le Soleil éclaire un rideau de pluie, et toujours du côté opposé au Soleil par rapport à l'observateur.
Exemple
On envoie de la lumière blanche sur un prisme, puis on place un cache ne laissant passer que la partie verte du spectre. Ce faisceau vert traverse un second prisme. Que prévoit-on ?
Le premier prisme décompose la lumière blanche : il en sort un spectre continu.
Le cache isole une seule couleur : le faisceau qui poursuit n'est plus un mélange.
Le second prisme dévie ce faisceau, comme il dévie toute lumière qui le traverse.
Mais il ne le décompose pas : rien n'en sort d'autre que du vert.
Le vert est une lumière simple, indécomposable ; le blanc est une lumière composée. Décomposer ne crée pas les couleurs, cela les sépare.
3Pourquoi les objets ont une couleur
Règle
Un objet éclairé absorbe une partie des lumières colorées qu'il reçoit et renvoie — on dit aussi diffuse — les autres. Sa couleur apparente est celle des lumières réfléchies vers l'œil. Un objet rouge éclairé en blanc absorbe tout sauf le rouge. Un objet blanc renvoie toutes les couleurs ; un objet noir les absorbe toutes, et c'est pourquoi il chauffe au soleil.
Prévoir la couleur d'un objet sous un éclairage donné
Écrire quelles couleurs contient la lumière qui éclaire l'objet.
Écrire quelles couleurs cet objet est capable de renvoyer, d'après sa couleur observée en lumière blanche.C'est une propriété de la surface : elle ne change pas avec l'éclairage.
Chercher les couleurs présentes dans les deux listes à la fois.
Si une ou plusieurs couleurs sont communes, l'objet paraît de cette couleur.
Si aucune ne l'est, rien n'est renvoyé vers l'œil : l'objet paraît noir.
Piège
Écrire qu'un objet rouge éclairé en bleu « devient bleu ».
Pourquoi — L'objet ne peut renvoyer que ce qu'il ne sait pas absorber, et un objet rouge absorbe le bleu. Il ne reçoit aucune lumière rouge à renvoyer, et n'en fabrique pas : il ne renvoie donc rien et paraît noir. Un objet ne prend jamais la couleur de l'éclairage — sauf s'il est blanc.
Le réflexe — Croiser deux listes : ce que la lumière apporte, ce que l'objet sait renvoyer. Intersection vide → noir.
Un filtre coloré fonctionne par le même mécanisme, en transmission : il laisse passer sa propre couleur et absorbe le reste. Deux filtres de couleurs différentes superposés ne laissent en général plus rien passer, chacun absorbant ce que l'autre transmet.
▢Ai-je distingué source primaire et source secondaire ?
▢Mes rayons vont-ils bien de la source vers l'objet, puis vers l'œil ?
▢Ai-je invoqué la propagation rectiligne pour expliquer une ombre ?
▢Ai-je distingué l'ombre nette de la pénombre, selon l'étendue de la source ?
▢Ai-je écrit que le prismedécompose la lumière blanche sans créer de couleur ?
▢Ai-je croisé les couleurs apportées et les couleurs renvoyées avant de conclure ?
L'essentiel en 10 points
·Source primaire : produit la lumière. Secondaire : la renvoie.
·Propagation rectiligne dans un milieu homogène et transparent.
·Trajet à respecter sur un schéma : source → objet → œil. Jamais l'inverse.
·Objet opaque + source ponctuelle → ombre nette.
·Source étendue → une zone intermédiaire en plus : la pénombre.
·Lumière blanche = mélange de lumières colorées.
·Un prisme la décompose en un spectre continu, du rouge au violet.
·Décomposer ne crée aucune couleur : cela sépare celles qui étaient là.
·Couleur d'un objet = ce qu'il réfléchit ; le reste est absorbé.
·Aucune couleur commune entre la lumière et l'objet → l'objet paraît noir.
2
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Fiche PDF — Lumière — Propagation et couleurs
Gratuit · sans compte
Trois documents à imprimer, 6 pages en tout : le cours, les exercices avec la place pour écrire, et le corrigé détaillé avec son barème.
a.Différencier source primaire et source secondaire, avec un exemple chacune.
b.Énoncer la propriété de propagation de la lumière et ses conditions.
c.Qu'obtient-on lorsqu'un prisme reçoit de la lumière blanche ?
d.Pourquoi un objet noir chauffe-t-il plus au soleil qu'un objet blanc ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Une source primaire produit sa lumière — le Soleil, une lampe. Une source secondaire la renvoie — la Lune, un mur éclairé.
b. Elle se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent.
c. Un spectre : une bande continue de couleurs, du rouge au violet. La lumière blanche est décomposée, non transformée.
d. Parce qu'il absorbe toutes les couleurs au lieu d'en renvoyer : l'énergie reçue reste dans l'objet et l'échauffe.
2
Ombres. Une lampe éclaire une balle placée devant un écran.
Modéliser
a.Pourquoi une zone sombre apparaît-elle sur l'écran ?
b.La lampe est-elle ponctuelle ou étendue si le contour de l'ombre est net ?
c.On rapproche la balle de la lampe. Que devient la taille de l'ombre portée ?
d.On remplace la lampe par un tube allumé sur toute sa longueur. Qu'observe-t-on en plus ?
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Parce que la balle est opaque et que la lumière se propage en ligne droite : aucun rayon ne peut contourner l'obstacle pour atteindre cette zone.
b. Ponctuelle : un contour net signale l'absence de pénombre.
c. Elle augmente : les rayons qui frôlent la balle s'écartent davantage avant d'atteindre l'écran.
d. Une zone intermédiaire, la pénombre, éclairée par une partie seulement du tube : le contour de l'ombre devient flou.
3
Couleur des objets. Compléter en justifiant à chaque fois par les deux listes de couleurs.
Raisonner
a.Un objet rouge éclairé en lumière blanche. Que renvoie-t-il, qu'absorbe-t-il ?
b.Le même objet éclairé en lumière verte. De quelle couleur paraît-il ?
c.Un objet blanc éclairé en lumière rouge.
d.Un objet noir éclairé en lumière blanche.
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a. Il renvoie le rouge et absorbe toutes les autres couleurs du spectre. Il paraît rouge.
b. Noir. La lumière n'apporte que du vert, que l'objet absorbe ; il ne reçoit aucun rouge à renvoyer, et n'en fabrique pas. Intersection vide.
c. Rouge. Un objet blanc renvoie toutes les couleurs qu'il reçoit : il ne reçoit que du rouge, il renvoie du rouge.
d. Noir. Il absorbe toutes les couleurs, quelle que soit la lumière reçue — c'est le seul cas où l'éclairage ne change rien.
4
Décomposition. Un faisceau de lumière blanche traverse un prisme, puis un cache isole le faisceau jaune, qui traverse un second prisme.
Analyser
a.Qu'observe-t-on à la sortie du premier prisme ?
b.Qu'observe-t-on à la sortie du second ?
c.Que conclure sur la nature de la lumière jaune et de la lumière blanche ?
d.Un élève dit que le prisme « colore » la lumière. Réfuter.
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a. Un spectre continu, du rouge au violet : la lumière blanche est décomposée car chaque couleur est déviée d'un angle différent.
b. Un faisceau jaune, dévié mais non décomposé : rien d'autre n'en sort.
c. Le jaune est une lumière simple, indécomposable ; la lumière blanche est composée, c'est un mélange de lumières colorées.
d. S'il colorait, il colorerait aussi le jaune, or il n'en tire rien de nouveau. Le prisme ne fabrique aucune couleur : il sépare celles qui étaient déjà présentes dans le mélange.
5
Synthèse. Une vitrine est éclairée par un projecteur rouge. Elle expose un tissu blanc, un tissu rouge, un tissu bleu et un tissu noir.
Raisonner
a.Donner la couleur apparente de chacun des quatre tissus.
b.Lesquels sont impossibles à distinguer l'un de l'autre ? Pourquoi est-ce un problème pour un commerçant ?
c.Quel éclairage faut-il choisir pour restituer les couleurs réelles ? Justifier.
d.On ajoute un filtre bleu devant le projecteur rouge. Que voit-on ? Expliquer.
b. Le blanc et le rouge paraissent identiques, le bleu et le noir aussi. Le commerçant ne peut plus montrer la vraie couleur de ses articles, et l'acheteur ne peut plus choisir — deux paires deviennent indiscernables.
c. Un éclairage en lumière blanche, qui contient toutes les couleurs : chaque tissu peut alors renvoyer la sienne, et les quatre se distinguent.
d. Plus rien, ou presque : le filtre bleu ne laisse passer que le bleu et absorbe le rouge. Comme le projecteur n'émet que du rouge, aucune lumière ne traverse et la vitrine reste dans l'obscurité.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Distinguer source primaire et source secondaire2 ptsPerdu si : Classer la Lune parmi les sources primaires
Orienter correctement les rayons sur un schéma3 ptsPerdu si : Faire partir les rayons de l'œil
Expliquer une ombre par la propagation rectiligne3 ptsPerdu si : Décrire l'ombre sans invoquer la ligne droite
Distinguer ombre et pénombre selon l'étendue de la source3 ptsPerdu si : Attribuer une pénombre à une source ponctuelle
Décrire la décomposition sans faire créer de couleur au prisme4 ptsPerdu si : Écrire que le prisme colore la lumière
Prévoir une couleur apparente en croisant lumière et objet5 ptsPerdu si : Faire prendre à l'objet la couleur de l'éclairage
4
La méthode
Prévoir la couleur d'un objet sous une lumière donnée
1
Lister les couleurs présentes dans la lumière qui éclaire l'objet.
La lumière blanche les contient toutes ; une lumière colorée n'en contient qu'une.
2
Noter la couleur que l'objet renvoie lorsqu'il est éclairé en lumière blanche.
3
Croiser les deux listes pour trouver ce qui est à la fois reçu et renvoyé.
4
Conclure : l'objet apparaît de cette couleur, ou noir si rien n'est commun aux deux.
5
Se tester
Touches 1 à 4
Physique-Chimie5ème
Question 1
Un satellite en orbite autour de la Terre observe un objet opaque posé sur le sol lunaire. L'ombre de cet objet sur la Lune est nette et bien définie car :
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
4 contrôles sur ce chapitre, chacun avec sa durée, son barème sur vingt et un corrigé qui explique chaque réponse. Trois niveaux — Essentiel, Standard, Approfondi — se complètent sans reposer une question : on commence par celui qui correspond, et la note dit lequel faire ensuite.
Lumière — Propagation et couleurs : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au collège, en classe de 5ème. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Lumière — Propagation et couleurs ?+
Propagation rectiligne de la lumière. Sources primaires et secondaires. Décomposition de la lumière blanche (prisme, arc-en-ciel). Couleurs des objets : lumière réfléchie et absorbée. Ombres et pénombres. Les notions à maîtriser sont : lumière blanche, prisme, spectre, réfléchi, absorbé, ombre.
Où télécharger la fiche PDF de Lumière — Propagation et couleurs ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Lumière — Propagation et couleurs est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Comment réviser Lumière — Propagation et couleurs efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur Lumière — Propagation et couleurs ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.