Sciences · Physique
Synthèse additive et synthèse soustractive
En synthèse additive, on superpose des lumières : rouge, vert et bleu donnent du blanc. En synthèse soustractive, des filtres ou des pigments absorbent des couleurs : cyan, magenta et jaune donnent du noir.
Mis à jour le 4 min de lecture
Pourquoi un écran mélange-t-il du rouge et du vert pour faire du jaune, alors qu’en peinture le même mélange donne une couleur brunâtre ? Parce qu’il existe deux façons d’obtenir des couleurs. La synthèse additive ajoute des lumières colorées : c’est celle des écrans et des projecteurs. La synthèse soustractive retire des couleurs à une lumière blanche, par absorption : c’est celle des filtres, des encres et des peintures. Les deux sont au programme de 1re (enseignement scientifique) et apparaissent dès le collège.
La lumière blanche et l’œil
La lumière blanche du Soleil est un mélange de toutes les couleurs visibles, du violet au rouge, comme le montre un prisme ou un arc-en-ciel. La rétine possède trois types de cônes, sensibles surtout au rouge, au vert et au bleu. Toutes les couleurs que nous percevons résultent de la façon dont ces trois récepteurs sont stimulés. C’est ce qui rend possibles les deux synthèses. Voir l’œil et la vision.
La synthèse additive
| Lumières superposées | Couleur obtenue |
|---|---|
| Rouge + vert | Jaune |
| Rouge + bleu | Magenta |
| Vert + bleu | Cyan |
| Rouge + vert + bleu | Blanc |
| Aucune lumière | Noir |
En faisant varier l’intensité de chaque lumière, on obtient toutes les teintes. Un écran est fait de minuscules sous-pixels rouges, verts et bleus ; vus de loin, leurs lumières s’additionnent dans l’œil. En informatique, une couleur est codée par trois nombres de 0 à 255 : (255, 255, 0) donne du jaune.
Deux couleurs dont l’addition donne du blanc sont dites complémentaires : rouge et cyan, vert et magenta, bleu et jaune.
La synthèse soustractive
Chaque primaire soustractive absorbe une primaire additive et laisse passer les deux autres :
| Filtre ou pigment | Absorbe | Laisse passer (ou diffuse) |
|---|---|---|
| Cyan | Rouge | Vert et bleu |
| Magenta | Vert | Rouge et bleu |
| Jaune | Bleu | Rouge et vert |
| Superposition | Couleur obtenue |
|---|---|
| Cyan + magenta | Bleu |
| Cyan + jaune | Vert |
| Magenta + jaune | Rouge |
| Cyan + magenta + jaune | Noir |
C’est le principe de l’imprimante CMJN (cyan, magenta, jaune, noir) : on ajoute une encre noire pour obtenir un noir plus profond et économiser les encres colorées.
La couleur des objets
Un objet éclairé en lumière blanche diffuse certaines couleurs et absorbe les autres. Sa couleur apparente est celle de la lumière qu’il diffuse.
- Une tomate rouge diffuse le rouge et absorbe le vert et le bleu.
- Une feuille blanche diffuse toutes les couleurs.
- Un objet noir les absorbe presque toutes.
La couleur perçue dépend donc aussi de l'éclairage : une tomate rouge éclairée en lumière bleue paraît noire, car il n’y a pas de rouge à diffuser. Une banane jaune (qui diffuse rouge et vert) éclairée en lumière rouge paraît rouge.
Expérience classique
Matériel : trois lampes de couleur rouge, verte et bleue (ou trois lampes torches munies de filtres), un écran blanc, des filtres cyan, magenta et jaune, une lampe blanche.
- Synthèse additive : diriger les trois lampes vers la même zone de l’écran, en les faisant se chevaucher partiellement. Observer jaune, cyan et magenta aux intersections deux à deux, et blanc au centre.
- Placer un objet devant les lampes : ses ombres sont colorées, chacune correspondant à l’absence d’une lumière.
- Synthèse soustractive : placer devant la lampe blanche un filtre jaune puis un filtre cyan : la lumière transmise est verte. Ajouter le filtre magenta : plus rien ne passe.
Erreurs fréquentes
- Croire que les primaires sont rouge, jaune et bleu : c’est une tradition picturale. En physique, les primaires additives sont rouge, vert, bleu ; les soustractives cyan, magenta, jaune.
- Appliquer les règles de la peinture aux écrans : rouge et vert donnent du jaune en lumière, pas du marron.
- Penser qu’un filtre colore la lumière : il ne fait qu’en retirer une partie.
- Oublier l’éclairage dans l’explication de la couleur d’un objet.
Exercice corrigé
Énoncé. 1) Quelle couleur obtient-on en superposant des lumières rouge et bleue ? 2) Une lumière blanche traverse un filtre magenta puis un filtre jaune : quelle couleur sort ? 3) Un drapeau aux bandes bleue, blanche et rouge est éclairé en lumière rouge : de quelle couleur paraît chaque bande ?
Corrigé.
- Magenta (synthèse additive).
- Le magenta absorbe le vert ; il reste rouge et bleu. Le jaune absorbe le bleu ; il reste le rouge.
- Bande bleue : noire (elle ne diffuse pas le rouge). Bande blanche : rouge. Bande rouge : rouge. Le drapeau paraît noir, rouge, rouge.
Questions fréquentes
Pourquoi le magenta n’est-il pas dans l’arc-en-ciel ?
Parce qu’il ne correspond à aucune longueur d’onde unique : c’est le cerveau qui le perçoit quand les cônes rouges et bleus sont stimulés sans les verts. C’est une couleur « construite » par la vision.
Le noir est-il une couleur ?
En physique, le noir correspond à une absence de lumière (synthèse additive) ou à une absorption totale (synthèse soustractive). En arts plastiques, on le traite comme une couleur à part entière.
Comment les daltoniens perçoivent-ils les couleurs ?
Chez la plupart d’entre eux, l’un des trois types de cônes fonctionne mal ou manque, le plus souvent ceux du rouge ou du vert. Certaines couleurs deviennent alors difficiles à distinguer, par exemple le rouge et le vert.