👁️ Les cônes de l'œil : comment voit-on les couleurs ?
Ton œil ne mesure pas la longueur d'onde de la lumière : il n'a que trois sortes de cônes, et ton cerveau devine la couleur en comparant trois petits signaux. Conséquence étonnante : un jaune « pur » de 580 nm et un mélange de rouge et de vert sont, pour toi, exactement la même couleur. C'est le secret de tous les écrans… et la clé pour comprendre le daltonisme.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Les trois courbes donnent la sensibilité des cônes S (courtes longueurs d'onde), M (moyennes) et L (longues). Elles se chevauchent beaucoup : une lumière de 580 nm excite à la fois les cônes L et M.
- Sur la rétine, chaque cône s'allume d'autant plus que sa réponse est grande. Le cerveau ne reçoit que trois nombres : L, M et S.
- Deux lumières de spectres très différents qui donnent les mêmes trois nombres sont indiscernables : ce sont des métamères. Un écran n'émet que du rouge, du vert et du bleu, et pourtant il affiche du jaune.
- Le Soleil, une LED blanche et un tube fluorescent ont des spectres très différents, mais tous paraissent blancs. La lampe au sodium, elle, n'émet presque qu'une seule longueur d'onde : tout paraît orangé sous un lampadaire.
- Il manque un type de cônes à une personne daltonienne : deux lumières qui ne diffèrent que par ce cône lui paraissent identiques. Un deutéranope confond ainsi certains rouges, oranges et verts.
Expériences à faire
- Balaie le spectre de 380 à 700 nm : pour quelle longueur d'onde les cônes L et M sont-ils excités autant ? Quelle couleur vois-tu alors ?
- En mode métamères, peut-on imiter le jaune pur avec du rouge et du vert seulement ? Et un bleu-vert de 490 nm ?
- Remplace le rouge de 630 nm par un rouge de 680 nm : faut-il plus ou moins d'intensité ? Pourquoi ?
- Passe en observateur protanope : quelles couleurs du spectre deviennent difficiles à distinguer ?
- Dessine un spectre qui paraît blanc avec seulement deux bandes : quelles couleurs faut-il choisir ?
La physique derrière l'animation
- La rétine contient trois types de cônes, de sensibilités sS(λ), sM(λ), sL(λ) maximales vers 440, 540 et 570 nm environ. La réponse d'un cône à une lumière d'intensité spectrale I(λ) est R = Σ I(λ) × s(λ) (somme sur toutes les longueurs d'onde).
- La couleur perçue ne dépend que des trois réponses (RL, RM, RS). Deux lumières de mêmes réponses sont perçues identiques : ce sont des métamères.
- Synthèse additive : en superposant des lumières rouge, verte et bleue d'intensités bien choisies, on reproduit presque toutes les couleurs : rouge + vert = jaune, vert + bleu = cyan, rouge + bleu = magenta, rouge + vert + bleu = blanc.
- Une lumière monochromatique de longueur d'onde λ est faite de photons d'énergie E = h × c / λ (h = 6,63 × 10−34 J·s, c = 3,00 × 108 m/s) : environ 2,1 eV pour le jaune (580 nm).
- Daltonisme : il manque les cônes L (protanopie), M (deutéranopie) ou S (tritanopie). La vision est alors simulée en remplaçant le signal manquant par une combinaison des deux autres (méthode de Viénot). Courbes : modèle CIE 1931 et cônes de Hunt-Pointer-Estévez, simplifiés.
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