Chapitre 14 – Lumière, couleurs et photodétecteurs | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 19:50
Après une averse, le soleil revient et un magnifique arc-en-ciel apparaît dans le ciel : on y distingue toujours les mêmes couleurs, dans le même ordre, du rouge à l'extérieur jusqu'au violet à l'intérieur. On observe le même phénomène quand la lumière du soleil traverse une vitre biseautée, une bulle de savon ou la tranche d'un CD. Pourtant, la lumière du soleil nous paraît simplement « blanche ».
En 1666, le physicien Isaac Newton fait entrer un fin faisceau de lumière du soleil (lumière blanche) dans une pièce sombre, puis le fait passer à travers un prisme en verre. À la sortie, sur un écran, il observe une bande colorée allant du rouge au violet : il l'appelle un spectre. En plaçant un second prisme à l'envers, il parvient à recombiner ces couleurs et à retrouver de la lumière blanche.
La lumière visible est un rayonnement caractérisé par sa longueur d'onde λ (lambda), exprimée en nanomètres (1 nm = un milliardième de mètre). À chaque longueur d'onde correspond une couleur :
Le violet a la plus petite longueur d'onde (vers 380 nm) ; le rouge a la plus grande (vers 780 nm). Les ultraviolets (UV, λ < 380 nm) et les infrarouges (IR, λ > 780 nm) sont invisibles à l'œil.
La lumière du soleil nous paraît blanche : alors d'où viennent les couleurs de l'arc-en-ciel ?
Dans l'expérience de Newton (Document 1), quelle est la couleur de la lumière qui entre dans le prisme ? Que voit-on à la sortie ?
La lumière qui entre est blanche (lumière du soleil). À la sortie du prisme, on observe une bande de plusieurs couleurs allant du rouge au violet : c'est le spectre.
Newton parvient à recombiner les couleurs avec un second prisme et à retrouver de la lumière blanche. Que peux-tu en conclure sur la composition de la lumière blanche ?
Puisqu'on peut séparer la lumière blanche en plusieurs couleurs puis les rassembler pour redonner du blanc, c'est que la lumière blanche n'est pas une couleur unique : elle est la superposition de toutes les couleurs du spectre. Le prisme ne « crée » pas les couleurs, il les sépare (les disperse).
D'après le Document 2, range ces trois couleurs de la plus petite à la plus grande longueur d'onde : vert, rouge, violet.
Du plus petit λ au plus grand λ : violet (≈ 380 nm) < vert (≈ 550 nm) < rouge (≈ 780 nm).
Complète le tableau en associant chaque couleur à sa longueur d'onde approximative (380 nm, 550 nm ou 780 nm).
| Couleur | Longueur d'onde λ |
|---|---|
| Violet | …………… |
| Vert | …………… |
| Rouge | …………… |
Dans un arc-en-ciel, les fines gouttes d'eau jouent le même rôle que le prisme de Newton. À partir de cette information, explique comment se forme un arc-en-ciel après la pluie.
Après la pluie, l'air contient une multitude de fines gouttes d'eau. La lumière blanche du soleil traverse chaque goutte, qui agit comme un petit prisme : elle décompose la lumière blanche en ses différentes couleurs (dispersion). En se cumulant sur toutes les gouttes, on voit apparaître dans le ciel la bande colorée du rouge au violet : l'arc-en-ciel.
Sur le contour extérieur d'un arc-en-ciel, on voit toujours le rouge, et le violet se trouve à l'intérieur. Cet ordre est-il cohérent avec le spectre du Document 2 ? Justifie.
Oui, c'est cohérent. L'arc-en-ciel présente toutes les couleurs du spectre visible, dans le même ordre continu que sur le Document 2 (du rouge au violet). Les deux extrémités du spectre, rouge et violet, se retrouvent aux deux bords de l'arc. On ne voit ni « blanc » ni « marron » dans un arc-en-ciel : seulement les couleurs pures du spectre.
Pourquoi ne voit-on jamais d'« ultraviolet » ni d'« infrarouge » dans un arc-en-ciel, alors qu'ils sont présents dans la lumière du soleil ?
Les ultraviolets (λ < 380 nm) et les infrarouges (λ > 780 nm) sont bien présents dans la lumière du soleil et sont eux aussi déviés par les gouttes d'eau, mais ils sont invisibles à l'œil humain. On ne perçoit donc que la partie visible du spectre, comprise entre 380 nm et 780 nm.
Rédige en quelques phrases la réponse à la problématique : d'où viennent les couleurs de l'arc-en-ciel ?
La lumière blanche du soleil n'est pas une couleur unique : elle est en réalité la superposition de toutes les couleurs du spectre visible. Quand cette lumière traverse les fines gouttes d'eau présentes dans l'air après une averse, chaque goutte se comporte comme un petit prisme et décompose la lumière en ses différentes longueurs d'onde. On voit alors apparaître la bande colorée du rouge (grande λ) au violet (petite λ) : c'est l'arc-en-ciel. Les couleurs n'apparaissent pas, elles étaient déjà « cachées » dans la lumière blanche.
On voit parfois des couleurs irisées à la surface d'une bulle de savon, d'une flaque avec une trace d'huile, ou sur la tranche d'un CD. Quel point commun ces situations ont-elles avec l'arc-en-ciel ?
Dans tous ces cas, la lumière blanche est décomposée en ses différentes couleurs. La bulle, la fine couche d'huile ou les sillons du CD séparent les longueurs d'onde de la lumière blanche, comme le fait le prisme ou les gouttes de pluie. On retrouve donc les couleurs du spectre visible, preuve que la lumière blanche les contenait toutes.
Réponse à la problématique : les couleurs de l'arc-en-ciel proviennent de la décomposition de la lumière blanche du soleil par les gouttes d'eau. La lumière blanche contient déjà toutes les couleurs : les gouttes ne font que les séparer.
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (nature de la lumière, spectre visible) et §3 (lumière blanche et décomposition par un prisme) de la leçon Ch14.