Lumière, spectres et couleurs

La lumière blanche du Soleil ou d'une lampe à incandescence est en réalité composée d'une infinité de couleurs. En traversant un prisme ou un réseau de diffraction, elle se décompose en un spectre continu, où toutes les teintes de l'arc-en-ciel sont présentes sans interruption. Ce phénomène, appelé dispersion, montre que la lumière blanche est polychromatique. Chaque couleur correspond à une longueur d'onde différente, le violet ayant la plus courte et le rouge la plus longue. La relation fondamentale liant la célérité c, la longueur d'onde λ et la fréquence ν est c = λ × ν.

Lorsqu'on chauffe un gaz à basse pression ou qu'on le soumet à une décharge électrique, il émet une lumière dont le spectre est discontinu. Ce spectre est constitué de raies colorées sur un fond noir, chaque raie correspondant à une longueur d'onde précise. Chaque élément chimique possède un spectre de raies unique, comme une empreinte digitale, qui permet de l'identifier. Par exemple, une lampe à vapeur de sodium émet principalement une raie jaune intense. Ce type de spectre est appelé spectre d'émission de raies.

Lorsqu'une lumière blanche traverse un gaz froid, certaines couleurs sont absorbées. Le spectre obtenu est alors un spectre d'absorption de raies : il présente un fond coloré continu avec des raies noires correspondant aux longueurs d'onde absorbées. Les raies noires se situent exactement aux mêmes positions que les raies colorées du spectre d'émission du même gaz. Ce phénomène permet d'identifier les éléments présents dans l'atmosphère des étoiles, comme l'hélium découvert dans le Soleil avant de l'être sur Terre.

La synthèse additive consiste à superposer des lumières colorées. Les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu (RVB). Leur superposition donne le blanc, et l'absence de lumière donne le noir. La synthèse soustractive, utilisée en peinture ou imprimerie, part du blanc et soustrait des couleurs à l'aide de filtres ou pigments. Ses couleurs primaires sont le cyan, le magenta et le jaune (CMJ). Deux couleurs sont complémentaires si leur superposition additive donne du blanc.