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RÉSUMÉ
La couleur est envisagée dans cet article sous l'aspect physique et physico-chimique du terme, afin d'aborder l'interaction lumière-matière et de préciser la notion d'apparence visuelle. Cette interaction participe à la stimulation du système visuel et fait ainsi appel à de nombreux champs de l'optique. La notion fondamentale de fonction dielectrique complexe est largement explicitée ici tant elle est omniprésente dans les phénomènes fondamentaux d'interaction lumière-matière et les mesurages macroscopiques. Cette fonction sert de clé pour appréhender les différentes notions que sont le tristimulus, la réfraction complexe, la dispersion ou la diffusion de la lumière.
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This article takes color as a physical and chemical attribute, in order to address the interaction between light and matter and define precisely what is meant by visual appearance. This interaction occurs in the stimulation of our system of vision, and involves many aspects of optics. The fundamental concept of complex dielectric function is explained in some detail as it is omnipresent in light-matter interaction and macroscopic measurements. This function is a key to understanding the concepts of tristimulus, complex refraction, and dispersion and diffusion of light.
Auteur(s)
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Patrick CALLET : Enseignant‐chercheur - Laboratoire de mathématiques appliquées aux systèmes - École centrale des arts et manufactures (Paris) - Secrétaire général du Centre français de la couleur
INTRODUCTION
Si le mot couleur renvoie d’emblée à des notions très polysémiques, il n’est abordé dans ces pages que sous un seul aspect de ce qui fait l’interaction lumière‐matière, celui de la physique. La colorimétrie classique a abondamment défini les grandeurs et les normes permettant à tout praticien, qu’il soit concepteur, coloriste, formulateur, ingénieur ou chercheur des secteurs académiques ou de l’industrie, de pouvoir échanger des données concernant l’apparence visuelle (comme la chromaticité et le brillant, par exemple) des matériaux ou des systèmes d’éclairage. La structure internationale la plus importante, fondée sur une initiative française est la Commission internationale de l’éclairage (CIE) [1]. D’autres organismes de normalisation, telle l’Afnor, définissent des règles d’usage et précisent le vocabulaire de la colorimétrie appliquée. Notre propos ici concerne les phénomènes fondamentaux qui sont à l’origine de ce que peut mesurer un instrument : des rayonnements. Ainsi, nous supposons fixé un observateur colorimétrique de référence défini par la CIE et concentrons notre attention sur les modèles physiques, physico‐chimiques, « exacts » ou phénoménologiques, employés pour décrire cette interaction lumière‐matière. Elle participe à la stimulation du système visuel en tant que cause externe première et fait appel à des connaissances issues des sciences fondamentales, principalement de nombreux champs de l’optique. Nous mettons en évidence l’importance capitale de la notion de fonction diélectrique complexe ou celle d’indice de réfraction complexe [2] en ce qu’elle intervient dans tous les phénomènes en présence lorsqu’il s’agit de couleur et, plus généralement, d’apparence visuelle [18]. Cette notion de fonction diélectrique complexe assure alors le lien entre les phénomènes fondamentaux de l’interaction lumière‐ matière, causes profondes relevant de l’optique et de l’échelle dimensionnelle de la longueur d’onde, et les mesurages macroscopiques qu’effectuent nos instruments ou, tout simplement, ce que nos yeux reçoivent. Armés de cette notion fondamentale, nous exposons le cheminement qui conduit du simple au complexe, de la transparence à l’opacité, de la dispersion de la lumière à la diffusion simple puis multiple de la lumière.
Pour toute description de la technique colorimétrique, le lecteur pourra se reporter à la référence [17], article du traité Mesures et Contrôle des Techniques de l’Ingénieur.
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VERSIONS
- Version courante de janv. 2017 par Patrick CALLET
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Couleur de source. Couleur de surface7. Annexes
7.1 Transparence et dispersion de la lumière
La figure 5 montre les courbes de dispersion normale de deux verres englobant le domaine visible. Bien qu’une des deux courbes de dispersion soit très « horizontale », lors de nombreuses réfractions dans le verre (BK7) les aberrations chromatiques qui apparaissent sont nettement visibles (cf. figures 6 et 7).
Les trois images (figures 6, 7 et 8) représentent le phénomène de dispersion de la lumière par le verre. Il s’agit de la même scène 3D, le même observateur, le même point d’observation, les mêmes illuminants en lumière naturelle, le même état de surface, le même décor (dépouillé) pour un assemblage en triangle équilatéral de billes de verre BK7 (figure 6) et de verre SF11 (figure 7). Le calcul est effectué par Virtuelium (logiciel de tracé spectral de rayons parallélisé) :
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processeur AMD Athlon XP2100 ;
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résolution : 800 × 600 × 24 bits ;
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niveau de récursion : 8 ;
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anti‐aliassage 4 sous‐pixels par pixels ;
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échantillonnage des grandeurs spectrales sur le visible [380 ; 780] nm au pas de 5 nm (soit 81 valeurs) ;
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durée 13 jours.
En tracé de rayons trichromatique classique, les deux images seraient indiscernables. On remarque aisément la tache focale rouge ainsi que l’emplacement et la forme des zones irisées bien différentes entre les deux images.
La figure 8 représente un agrandissement de la zone irisée des figures 6 et 7 situées dans la partie centrale de l’image et montrant l’extraordinaire richesse chromatique qu’offre la dispersion de la lumière dans le verre SF11 et dans le verre BK7.
Ainsi, les aberrations chromatiques provenant de la dispersion de la lumière sont considérées comme une anomalie à éliminer ou, au moins, à réduire lorsqu’il s’agit de construire des systèmes optiques pour la photographie par exemple...
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Annexes
ANNEXES
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HAUT DE PAGE
Dans les Techniques de l’Ingénieur
DUVAL (B.) - Commission internationale de l’éclairage - . Traité Mesures et contrôle, R 86 (2000).
HENRY (M.) - Activité optique - . Traité Mesures et contrôle, R 6 470 (1991).
DESVIGNES (F.) - Radiométrie. Photométrie - . Traité Mesures et contrôle, R 6 410 (1992).
COJAN (Y.) - Propagation du rayonnement dans l’atmosphère - . Traité Électronique, E 4 030 (1995).
LA TOISON (M.) - Éclairage électrique. Lampes à incandescence - . Traité Génie électrique, D 5 805 (1987).
LA TOISON (M.) - Éclairage électrique. Lampes à décharge - . Traité Génie électrique, D 5 810 (1992).
GIACOBINO (E.) - Optique des milieux matériels - . Traité Sciences fondamentales, A 1 080 (1993).
FOURNET (G.) - Électromagnétisme - . Traité Génie électrique, D 1 020 (1993).
AVERBUCH (P.) - Structure électronique des solides - . Traité Sciences fondamentales, A 1 335 (1996).
CHATAIN (M.) - HERVÉ (P.) - Propriétés thermo-optiques - . Traité Plastiques et composites, A 3 145 (1989).
LUCAS (M.) - LANGUÉNOU (E.) - Synthèse d’image - . Traité Informatique, H 3 748 (2000).
ROBLIN (G.) - Microscopies optiques...
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