Expériences :

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Les couleurs lumières

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A) Mode opératoire :

Pour pouvoir observer les lumières émises et diminuer les lumières parasites, nous avons besoin
d’être dans un environnement sombre, c’est-à-dire dans le noir.
Utiliser une source lumineuse blanche et la diriger sur un prisme (instrument en verre
taillé à cinq faces) sous un certain angle. Le prisme permet de disperser la lumière envoyée en un
spectre optique composé de multiples couleurs.

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B) Observations / Explications :

La lumière blanche est une lumière qu’on surnomme par abus de langage « composée ». En effet,
cette dernière peut être décomposée à l’aide d’un outil physique, le prisme, en un spectre lumineux
visible contenant les couleurs de l’arc-en-ciel (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet). Ces
couleurs se succèdent sans bandes d’absorptions, ce qui rappelle rapidement le phénomène naturel
de l’arc-en-ciel.
Cette figure obtenue montre que la lumière qu’on retrouve dans les éclairages ou avec le soleil est plus complexe qu’elle n’y parait et ne doit pas être considérée comme une couleur à part entière. Dans le cas contraire, l’absence de lumière émise est observable par le noir.

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Recomposition de la lumière

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A) Mode opératoire :

Il faut d'abord superposer les couleurs deux par deux afin d’observer une nouvelle
couleur puis voir que le mélange des couleurs lumières est différent du mélange des
couleurs chimiques.
-Rouge + Vert = Jaune
-Rouge + Bleu = Magenta
-Bleu + Vert = Cyan
Pour finir, superposer ces trois couleurs afin d’observer l’apparition de la lumière
blanche, puis à partir de lumière rouge, verte et bleue recomposer la lumière blanche.

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B) Explications :

Le phénomène qui intervient lors de cette expérience est la synthèse additive. Ce phénomène
consiste à combiner les trois couleurs lumières rouge, verte et bleue dites primaires.
En combinant deux des trois couleurs primaires les couleurs secondaires sont obtenues (jaune, cyan
et magenta) et en combinant ces trois dernières on obtient la lumière blanche. 

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Fluorescence et phosphorescence

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A) Mode opératoire:

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On montre lors de cette expérience le phénomène de fluorescence sur divers objets.
Tout d’abord, illuminer à l’aide d’une lampe UV des coloriages réalisés avec des
surligneurs fluorescents et observer que ces derniers émettent de la lumière.
Cela s’explique par la composition de l’encre de ces stylos qui possède des propriétés fluorescentes.
Ensuite, illuminer un soda type « Schweppes » et observer que la boisson
devient bleue fluorescente sous lampe UV. Cela vient du fait que la molécule qui donne le goût
amer à cette boisson (la quinine) a des propriétés fluorescentes.
Pour finir avec la fluorescence, illuminer sous lampe UV des minerais d’apparences
banales et observer que ces derniers nous révèlent des couleurs surprenantes.
En effet, chaque minerai est composé de différents éléments chimiques c’est pourquoi ils émettent
chacun une couleur différente.
Pour le phénomène de phosphorescence utiliser une lampe UV avec laquelle
vous éclairez des cailloux et une plaque aux propriétés phosphorescentes pendant un certain
temps et vous pourrez observer que lorsque nous retirons la lampe, les objets continueront
d’émettre de la lumière.

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B) Observations / Explications :

La fluorescence est un phénomène physique qui est lié à la composition chimique de l’objet dont il
est question. Certains éléments du tableau périodique ou molécules, ont la capacité d’émettre de la
lumière visible lorsqu’ils reçoivent de la lumière UV (Ultraviolet, domaine non visible par l’œil
humain). C’est un phénomène instantané qui peut se reproduire à l’infini.
La lumière est comparable à une onde qu’on caractérise d’électromagnétique. La lumière envoyée
par la lampe UV est une énergie lumineuse que le matériau en question va recevoir et va pouvoir
rééditer en partie sous forme d’énergie lumineuse qui est visible dans un certain domaine (400-
800 nm).

Dans le cas de la phosphorescence, le phénomène est comparable à celui de la fluorescence mais il
est alors question de temps d’exposition et d’énergie envoyée (c’est-à-dire la longueur d’onde
émise). Ce phénomène n’est pas instantané et le matériau nécessite une durée d’exposition
minimum pour pouvoir à son tour émettre une lumière visible pour notre œil (400-800 nm). C’est
pourquoi, notre œil est capable de percevoir de la lumière lorsqu’on retire la lampe UV. La
phosphorescence reste néanmoins reproductible à l’infini.
La différence entre la fluorescence et la phosphorescence est donc une question de temps, lorsque
l’on retire la lampe UV d’un objet phosphorescent ce dernier continue de nous émettre de la lumière
tandis qu’un objet fluorescent est capable d’émettre de la lumière uniquement en présence de
lampe UV.

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Les couleurs chimiques

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A) Mode opératoire :

Dans un premier temps, l’expérience consiste à faire deviner la couleur d’un objet selon la couleur de
la lumière avec laquelle il est éclairé.
Par exemple, de quelle couleur sera le poivron vert si on l’éclaire avec une lumière rouge ?
Nous attendions des enfants qu’ils devinent que le poivron est noir.
Dans un second temps, nous avons donné aux enfants différentes couleurs de pâtes à modeler pour
qu’ils fassent des mélangent et qu’ils se rendent compte que le mélange des couleurs chimiques est
différent du mélange des couleurs lumières.
Par exemple, le mélange des couleurs-lumières rouges et vertes donne du jaune alors que le mélange
de pâte à modeler rouge et verte ne donne pas du jaune mais une couleur marronne.

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B) Observations / Explications :

Un objet éclairé sous lumière blanche, qui est une lumière polychromatique composée de toutes les
couleurs, absorbe toutes les couleurs du spectre sauf celle dont il est composé.
Par exemple, le poivron vert, sous lumière blanche, absorbe toutes les couleurs du spectre sauf le
vert qu’il réémet. Nous le voyons donc vert.
Néanmoins, lorsqu’il est éclairé par une lumière rouge, le poivron va absorber cette lumière mais ne
va rien pouvoir nous réémettre car le vert n’est pas composé de rouge. Nous le voyons donc noir.
Dans le cas d’un objet jaune, ici le citron, c’est le même phénomène mais plus complexe.
Comme nous l’avons vu précédemment, le jaune est un mélange de rouge et de vert.
Éclairé sous lumière blanche, l’objet absorbe toutes les couleurs sauf le rouge et le vert qu’il réémet.
Nous le voyons donc jaune.
Lorsque l’on éclaire l’objet avec de la lumière rouge, il va absorber cette lumière et va pouvoir nous
la réémettre car le jaune est composé de rouge et de vert. Nous le voyons rouge. Nous verrons donc
l’objet vert s’il est éclairé avec de la lumière verte.

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Les couleurs physiques

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A) Mode opératoire :

Cet atelier consistait à observer les couleurs de ses différents objets et de montrer que selon leur
angle d’inclinaison ils apparaissaient de différentes couleurs.

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B) Explications

L’observation de différentes couleurs sur un même objet est due à sa structure.
En effet, nous pouvons observer sur les ailes du papillon le phénomène de diffraction car ces
dernières se comportent comme un réseau de diffraction qui est un dispositif composé d’une série
de fentes parallèles.
Lorsque la lumière blanche arrive sur le réseau, celle-ci est décomposée sous différents angles selon
ses longueurs d’onde constitutives.
Cela explique le changement de couleurs lorsque l’angle d’inclinaison diffère.
Dans le cas des opales et des élytres de scarabée nous observons le phénomène d’iridescence
directement lié à la structure de l’objet.
Ces derniers sont composés de microstructures qui permettent de renvoyer la lumière avec une
longueur d’onde différente pour chaque direction.

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Les couleurs par interférence

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A) Mode opératoire :

Nous avons formé des bulles de savon sur lesquelles nous pouvions observer un arc-en-ciel dû aux
phénomènes d’interférences.

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B) Explications

Lorsque nous éclairons avec de la lumière blanche les bulles de savon une partie de la lumière est
directement réfléchie tandis qu’une autre partie va traverser la surface de la bulle et va être
réfractée.
A partir d’une seule onde lumineuse nous allons donc pouvoir en créer deux qui vont pouvoir se
combiner et interférer. Sachant que l’épaisseur de la bulle de savon n’est pas constante, chaque
longueur d’onde va interférer à un endroit différent ce qui visuellement se traduit par un arc-en-ciel.