Définition

Spectre visible, colorimétrie et vision

Quelle est la relation de la lumière à la vision ? Quelles sont les couleurs de la lumière ? Définition du spectre visible en éclairage.





L’homme, sensible à la lumière, ne peut pas se contenter de percevoir des données énergétiques pour apprécier sa vision. Il a besoin de données et d’unités dites physiologiques. Voyons comment les relations sont établies afin de qualifier la sensation visuelle de l’Homme et le spectre visible.

 

Spectre visible et lumineux

La lumière est un phénomène physique complexe. Il s’agit d’ondes électromagnétiques invisibles. Parmi toutes ces ondes, celles étant situées entre 380 à 780 nm (nm : nanomètre) sont « visibles ». Elles forment ainsi le spectre de la lumière.

Spectre visible et couleur des longueurs d'ondes
Spectre visible et longueur d’ondes © Light ZOOM Lumière

 

 

Longueur d’onde et couleur de la lumière

Il est aussi admis de classer les bandes de longueur d’onde selon huit catégories.


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Longueurs d’ondes du spectre visible et couleur perçue

Tableau © Light ZOOM Lumière

Bandes de longueur d’onde Sensation colorée Limites des bandes (nm)
Violet foncé 380 – 400
Violet 400 – 440
Bleu 440 – 460
Bleu vert 460 – 510
Vert 510 – 560
Jaune 560 – 610
Orange 610 – 660
Rouge 660 – 780

Dispersion du spectre visible par un prisme

Dans un prisme triangulaire en verre, éclairé par un rayon de soleil, la lumière se disperse d’après Isaac Newton.

Expérience de la dispersion du spectre visible du soleil par un prisme triangulaire en verre optique © Adwikoso 6CM

La réfraction d’un matériau dépend de la longueur d’onde de la lumière :

  • rouge : les grandes longueurs d’onde sont le moins déviées,
  • bleu : les petites longueurs d’onde sont le plus déviées.

 

 

Vision photopique et scotopique

À l’intérieur de ce même spectre lumineux, il est admis de reconnaître deux principaux domaines de vision :

  • photopique : vision « de jour »,
  • scotopique : vision dite « de nuit ».

Les fonctions des cônes et des bâtonnets étant liées à ces domaines.

Efficacité lumineuse relative spectrale v(λ) selon longueur d'ondes - vision photopique et scotopique
Efficacité lumineuse relative spectrale v(λ) selon longueur d’ondes – vision photopique et scotopique © Benjamin Monteil – Wikipédia

 

 

 

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Directeur général de Société Architecture Réseaux SARESE, cabinet d’ingénierie en réseaux secs spécialisé en éclairage extérieur, fondé en 1993. Directeur général de l’IFEP (Institut de Formation Éclairage Professionnel), leader français de la formation aux techniques de la lumière et de l’éclairage. Expert AFNOR de la Commission U17 et membre du groupe de travail de l’AFE en Commission X90X. Praticien et passionné d’éclairage extérieur, il est auteur de deux livres aux éditions Light ZOOM Lumière : 25 questions pour mieux comprendre l’arrêté nuisances lumineuses en 2020, Éclairage des passages pour piétons en 2021.
  • Je m’interroge sur les longueurs d’onde précises pour chaque couleur dite primaire. Mon hypothèse est qu’il existe une perception logarithmique des longueurs d’onde comme il existe une perception logarithmique des fréquences en musique. En égalisant les intervalles logarithmiques puis en faisant la fonction exponentielle réciproque j’ai trouvé les valeurs suivantes : bleu 452 nm, cyan 491 nm, vert 533 nm, jaune 579 nm et rouge 630 nm. Pour moi le violet n’existe pas en monochromatique, ça s’arrête au bleu mais peut-être que je me trompe. Pouvez-vous me dire si cette similitude avec la musique est pertinente ou pas ?

    • Merci pour votre commentaire. Je commence sur le violet. Après avoir hésité, Newton attribue au « violet » l’extrémité du spectre visible dans les basses longueurs d’onde, et au « purple » les couleurs non spectrales obtenues par mélange entre bleu et rouge. Cette distinction perdure en colorimétrie (diagramme de chromaticité CIE).
      Il faut souligner un biais linguistique. En anglais, on utilise plutôt « purple » tandis que « violet » est réservé pour des teintes plus proches du bleu. En français, « violet » est bien plus fréquemment utilisé que « pourpre », réservé pour des teintes plus proches du rouge.

  • Bonjour

    Il y a une question qui me turlupine depuis de nombreuses années sans que jamais je n’obtienne de réponse satisfaisante.

    Ce problème est en quelque sorte épistémologique et provient sans doute aussi de mon histoire personnelle : j’ai fait des études artistiques et, approfondissant la peinture, me suis penché notamment sur l’étude de la couleur.

    Au début tout allait pour le mieux dans le meilleur des mondes possible :

    Chacun sait en effet qu’en synthèse additive lumineuse comme en synthèse soustractive – celle des peintre, « en miroir » à la précédente – les couleurs perçues s’organisent de toute façon de manière apparemment cohérente sous la forme d’un « cercle chromatique », un ordre où les couleurs primaires ont chacune leur complémentaire en une couleur secondaire, etc.
    Voilà qui est merveilleux!

    Seulement voilà : un jour, suite à la remarque iconoclaste d’un de mes mentors, j’ai malencontreusement rapproché ce corpus de concepts empiriques d’une réalité scientifique incontestable, que je connaissais certes, mais sans pour autant n’avoir jamais tenté de concilier les deux :

    – En physique, comme c’est très bien rappelé dans votre article, les couleurs ne sont en fait qu’une suite de longueurs d’ondes nanométriques quantifiables de façon numériques et organisées sous le forme d’une fonction linéaire.
    – En outre, une part du spectre chromatique n’est pas perçu par l’œil humain (infra rouges et ultra violets).

    Patatras! Fracture du ciel!
    Comment se fait-il alors que notre cerveau puisse percevoir et relier en un continuum « lisse » sur notre joli cercle chromatique le bleu et le violet – comme si de rien n’était – alors que les valeurs numériques correspondantes (380 nm et 780 nm) forment une rupture absolument irréconciliable?

    J’ai posé la question autour de moi.
    En faisant notamment référence au mythe de la caverne de Platon, on m’a renvoyé alors à cette remarque d’ordre philosophique bien connue, comme quoi nous ne percevions pas vraiment la réalité mais une illusion, etc.
    Oui, d’accord, mais bon…

    On est de plus naturellement amené à se dire qu’il est dans la nature de notre cerveau de réussir à « interpoler » des valeurs, comme entre le bleu et le rouge par exemple.
    Fort bien, mais cela n’ôte rien au mystère :

    Comment ce brave cerveau réussit il en effet à interpoler ces longueur d’ondes numériques par une illusion de continuité, alors que par moyenne mathématique, (380 + 780)/2 = 580, le résultat obtenu correspond à la longueur d’onde du jaune (complémentaire du violet justement) et non pas à cette fiction cérébrale de ce fichu dégradé violacé?
    Cela reste incompréhensible pour moi.

    J’admets volontiers mon manque de culture scientifique inhérent à ma formation et m’excuse donc par avance de cette ignorance.
    Reste que cette question demeure pour l’heure un mystère difficilement concevable, un horizon indépassable sur lequel ma pauvre cervelle bute sans cesse. Bref, cela me turlupine comme je le disais en exergue.

    Si quelqu’un peut donc contribuer à m’apporter une réponse, je lui en saurai infiniment gré et lui érigerai une statue sur piédestal en guise de reconnaissance éternelle comme étant le/la scientifique qui a permis de réunifier ma physique quantique et ma relativité générale 🙂

    A défaut, merci au moins de m’avoir lu jusque là.

    JM Moreau

    • Merci pour votre (long) commentaire.
      Le système visuel humain ne détecte pas le signal lumineux longueur d’onde par longueur d’onde mais à l’aide de trois photodétecteurs rétiniens appelés cônes, dont les sensibilités spectrales sont à large bande. C’est le trichromatisme. Sur la « continuité » des teintes entre les deux extrémités du spectre, cf. https://www.lightzoomlumiere.fr/article/domaine-visible-des-couleurs-de-la-lumiere/ qui donne quelques éléments de réponse. Étonnamment, on doit à Newton cette intuition qu’il y a une continuité perceptuelle entre les deux extrémités du spectre via les « pourpres ».

  • Bonjour,

    Merci pour votre questionnement et la lecture de l’article

    Premièrement, la lumière incidente, quelle soit naturelle ou artificielle, émettra une courbe spectrale de valeur comprise entre 380 et 780 nanomètre. Par définition nous savons que c’est le phénomène qui traduit la radiométrie en photométrie. donc source lumineuse primaire. On mesure ainsi le spectre de la source émettrice. Exemple la lumière blanche est un ensemble d’ondes électromagnétiques dont la superposition apparait comme blanche, et lorsqu’elle pénètre dans la matière elle se transforme en couleur.

    Rappelons que la courbe spectrale indique la composition de la lumière, elle laisse présager de la couleur de la lumière, et que seul un spectre continu assurera une excellente vision des couleurs.

    Secundo, source lumineuse secondaire, en théorie photométrique, ce que l’œil perçoit, tout les objets ne sont lumineux que si ils sont éclairés, et ces sources lumineuses secondaires diffuseront leur couleur, et absorberont alors les autres couleurs. Exemple, une fleur jaune restituera le spectre de la lumière incidente dans le spectre 550 nm, et absorbera les autres. Autre exemple, un objet noir absorbera toute la lumière incidente, et par définition la spectrométrie de la source primaire sera absorbée.

    Par définition la couleur d’un objet dépendra de la lumière qui l’éclaire c’est une interaction complexe, entre lumière et la matière crée la diversité des couleurs que nous percevons.

    Enfin pour schématiser la perception des couleurs ce phénomène expliqué par le physicien Canadien Marc Seguin, les couleurs perçues par l’œil ne sont qu’un ensemble de vibration de cônes réparti en trois grande famille de rouge vert bleu, qui permettent cette synthèse additive et donc la vision de toute les couleurs.

    Le cercle chromatique, est une représentation ordonnées des couleurs, qui n’est alors visible que grâce à la lumière incidente primaire. Ne pas confondre courbe spectrale, et vision des couleurs.

    A vous lire !!

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