CHAPITRE VIII

DISPERSION DE LA LUMIÈRE ET MÉLANGE DES COULEURS

156. Décomposition de la lumière blanche par le prisme. Spectre solaire. —

En exposant les lois de la réflexion et de la réfraction , nous avons toujours supposé que nous avions affaire à de la lumière homogène ou monochromatique , c'est-à-dire à de la lumière composée d'une seule espèce de rayons. Or l'observation montre que la plupart des sources lumineuses émettent des rayons de différente réfrangibilité et que l'impression faite sur l'organe de la vision varie suivant le degré de réfrangibilité de la lumière reçue , d'où résultent pour nous des sensations différentes qui correspondent aux diverses couleurs.

Imaginons qu'on fasse pénétrer dans une chambre obscure, à travers une très-petite ouverture, R (Fig. 158), pratiquée dans le volet, un pinceau de lumière solaire et qu'on interpose sur son trajet le prisme de verre D, disposé verticalement . Si cette lumière était simple , si elle ne renfermait qu'une seule espèce de rayons, elle irait former quelque part sur l'écran A , dans l'intervalle oc, une petite image ronde et blanche du soleil; or, au lieu de cela, on observe s ir l'écran une image o c allongée horizontalement et présentant les diverses couleurs de l'arcen-ciel. Cette séparation de couleurs à l'aide de la réfraction à travers un prisme, porte le nom de dispersion de la lumière, et l'image colorée ainsi obtenue est ce qu'on appelle le spectre solaire.

Fig. 158.

Dispersion des couleurs par le prisme (séparation des couleurs simples).

DISPERSION DE LA LUMIÈRE ET MÉLANGE DES COULEURS

On compte dans ce spectre sept couleurs principales qui se succèdent, à partir de la plus rôfrftngihle, dans l'ordre suivant (voy. p. 319, Fig. 166) : Violet, indigo, bleu, vert , jaune , orangé, rouge.

Ces couleurs ne sont pas séparées entre elles par des lignes de démarcation nettemenl tranchées, elles si- fondent L'une dans l'antre par des teintes de transition; [et, en réalité, il y a physiquement une infinité de couleurs, c'està-dire autant de couleurs que de durées différentes de la vibration lumineuse; mais l'œil n'est pas en état de les distinguer tontes les unes des autres, de même que l'oreille ne fait pas de différence entre deux sons extrêmement voisins,]

Le phénomène du spectre solaire prouve que la lumière du soleil renferme des rayons de différente réfrangibilité; les plus réfrangibles nous donnent la sensation de la couleur violette, et nous appelons rouges ceux qui, étant le moins déviés par le prisme , ont la plus faible réfrangibilité.

Les couleurs du spectre sont simples et ne peuvent, plus être décomposées en d'autres couleurs. C'est ce que l'expérience suivante démontre : on isole l'une des couleurs, en interceptant les autres au moyen de l'écran A (Fig. 158); les rayons rouges o, qu'on laisse ainsi passer, sont reçus sur un second prisme E ; on observe bien encore une déviation, mais la lumière transmise conserve la couleur qu'elle avait avant son passage à travers le prisme E et on n'obtient pas de nouveau spectre. En répétant la même expérience pour les autres couleurs , on constate qu'elles ne sont plus décomposables.

156a. Recomposition de la lumière blanche. — Inversement, on peut recomposer la lumière blanche en réunissant de nouveau les différentes couleurs séparées par le prisme. Le procédé le plus simple consiste à disposer une lentille convergente O (Fig. 159) sur le trajet du faisceau transmis par le prisme qui fournit le spectre ; en plaçant un écran F au foyer de la lentille , on y recueille , au lieu d'un spectre coloré , une image blanche du soleil. Si Ton rapproche l'écran de la lentille, le spectre apparaît avec ses couleurs, et réduit dans ses dimensions; éloigne-t-on, au contraire, l'écran, le spectre se montre encore, mais avec ses couleurs disposées dans un ordre précisément inverse.

Il existe un autre moyen tout aussi simple d'annuler la dispersion produite pàr un premier prisme; il suffit de recevoir le spectre sur un second prisme de môme substance et de même angle réfringent que le premier, mais tourné en sens contraire. Le système des deux prismes représente alors une lame à faces parallèles qui n'a d'autre effet que de déplacer latéralement le faisceau lumineux.

157. Mélange des couleurs spectrales. — De môme qu'en réunissant toutes les couleurs du spectre on reproduit de la lumière blanche,,, de même on peut combiner entre elles deux ou plusieurs de -ces couleurs, et obtenir ainsi des couleurs composées.

Fig. 159. — Synthèse de la lumière blanche.

Les méthodes les plus convenables pour mélanger les couleurs spectrales prises deux à deux et à leur plus grand état de pureté, sont les suivantes :

On superpose deux spectres de manière que les deux couleurs dont on veut étudier le mélange se projettent au même endroit. Dans ce but, il suffit de pratiquer au volet d'une chambre obscure , deux petites ouvertures , par lesquelles on fait pénétrer les rayons solaires; derrière chaque ouverture est disposé un prisme qu'on peut tournera volonté, de manière à amener telle couleur choisie dans l'un des spectres, sur telle autre couleur déterminée de l'autre spectre.

M. Helmholtz est arrivé au même résultat à l'aide d'un seul prisme. Sa méthode consiste à pratiquer, dans le volet d'une chambre obscure, une fente étroite en forme de V , dont les branches ab et bc (Fig. 160) soient à angle droit l'une sur l'autre; derrière cette fente, on place un prisme à arête verticale. Il en résulte la formation de deux spectres dont la Fig. 161 représente la

Fig. 160. — Double fente eu V pour obtenir Fig. 161. — Double spectre partiellement superposé pour l'étude deux spectres partiellement superposés. des mélanges binaires des couleurs spectrales, suivant la mé-

thode de Helmholtz.

forme et la position relative : aat ppt est le spectre de la fente ab ; yyi |3S1 est celui de la fente bc. On voit que clans l'espace triangulaire (36)3, , situé au milieu et commun aux deux spectres , toutes les bandes colorées de l'un coupent toutes celles de l'autre ; cette surface comprend donc toutes les combinaisons des couleurs simples prises deux à deux.

Une autre méthode encore plus exacte , mais qui exige un appareil plus compliqué, permet d'étudier le mélange de plus de deux couleurs à la fois. Le principe de cette méthode est basé sur les considérations suivantes : quand un faisceau de rayons parallèles polychromatiques traverse un prisme , il émerge à l'état de divergence et les différents pinceaux qui le composent ne sont pas homocentriques ; les rayons des diverses couleurs paraissent , après la réfraction, émaner de centres différents; mais plus on s'éloigne du prisme, plus les intervalles qui séparent ces foyers virtuels sont négligeables en comparaison de la distance à laquelle on se trouve, plus, par conséquent, le faisceau émergent peut être considéré comme homocentrique. C'est pour cette raison qu'en plaçant, comme cela a été fait dans la Fig. 159, une lentille convergente à une assez grande distance du prisme qui fournit le spectre , tous les rayons colorés vont sensiblement concourir en un même point; car alors la lumière qui tombe sur la lentille est presque homocentrique, et elle conserve le même degré d'homocentricité après la réfraction.

DISPERSION DE LA LUMIÈRE ET MÉLANGE DES COULEURS. 343

Imaginons, au contraire, qu'on dispose la lentille L' (Fig. L62) immédiatement derrièrele prisme Pqui reçoit un faisceau de rayons solaires a' a"; celle lainière blanche sera décomposée par le prisme en autant de pinceaux de rayons parallèles qu'elle renferme de couleurs dè réfranginilité différente; et, comme les sommets virtuels de ces pinceaux ne coïncident pas , chaque pinceau ira, après avoir traversé la lentille, former son image en un point différent. Si, par exemple , le foyer des rayons violets se fait en y', celui delà lumière j'ouge sera situé en y". L'écran S', placé au foyer de la lentille L' , recevra ainsi un spectre objectif. Entre cet écran et la lentille se trouve un diaphragme D destiné à arrêter les rayons marginaux dont la présence nuirait à la pureté des couleurs spectrales qui se projettent dans l'intervalle y' y".

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Fig. 162. — Méthode la plus exacte et la plus générale pour mélanger deux ou plusieurs couleurs

spectrales.

Supposons que l'écran S' présente deux petites fentes verticales et qu'on place chacune d'elles au point de concours d'un des divers pinceaux colorés , par exemple aux points y' et y", où sont les foyers des rayons violets et rouges; ces deux espèces de rayons passeront seuls et continueront leur route en formant deux pinceaux divergents, l'un rouge et l'autre violet.' Derrière l'écran se trouve une seconde lentille L", à foyer plus court, qui projette* sur un second écran S" une image 2' 5" de l'ouverture s' e" du diaphragme D; mais, comme les fentes y' et y" ne laissent passer que deux des différentes espèces de. rayons qui ont traversé l'ouverture du diaphragme, l'image o' ô" présente la couleur résultant du mélange de ces deux sortes de rayons. Sur la figure, les rayons latéraux des deux faisceaux de couleurs différentes dont les foyers coïncident avec les deux fentes y' et y", se reconnaissent en ce que les plus réfrangibles sont représentés par des lignes à traits discontinus, et les moins réfrangibles par des lignes ponctuées. "

En perçant une troisième fente dansJ'écran S', on obtiendrait le mélange de trois couleurs spectrales, et ainsi de suite. — [Par cette méthode, on obtient un champ coloré plus étendu que par la première et l'on supprime toutes les autres couleurs, dont le contraste pourrait être nuisible.

OPTIQUE

Le tableau ci-dessous, que nous empruntons à l'Optique physiologique de Helmholtz, donne les résultats obtenus à l'aide des méthodes précédentes.