Les objets vus: des sources indirectes de lumière

La plupart des objets que nous regardons ne sont pas des sources directes de lumière, mais des sources indirectes (ou secondaires). Ils sont éclairés et nous les percevons par le rayonnement lumineux qui, après les avoir frappés, revient dans notre direction.

Le rayonnemant qui frappe l'objet est une source lumineuse qui peut avoir

• un spectre continu comme la lumière naturelle ou les lampes halogènes (au milieu et en bas à gauche)
• un spectre discontinu comme une lampe à décharge dans un gaz (exemple: lampe au mercure, en bas au centre)
• un spectre mixte comme les néons (en bas à droite)

En ce qui concerne la perception des couleurs, chacune des sources lumineuses différant de la lumière naturelle, peut donc introduire une modification de la vision subjective des couleurs:

• une source lumineuse continue, comme une lampe halogène, présente une répartition énergétique différente de la lumière naturelle (comparer la courbe d'énergie solaire reçue dans la zone de sensibilité à l'oeil humain à celle émise par une lampe halogène), cependant cette différence n'entraînera pas de réelle modification de la vision subjective des couleurs car le cerveau est capable de s'adapter (voir plus loin), il n'y aura qu'un léger assombrissement des bleus
• dans le cas des lampe à gaz (mercure ou sodium) il y aura une perte pratiquement totale de la vision des couleurs
• dans le cas des spectres mixtes, les raies intenses, en particulier dans le vert et le bleu, changeront la vision des couleurs qui en contiennent

L'objet peut provoquer une modification du rayonnement électromagnétique qui le frappe, soit par réflexion ou transmission, et cela, de façon spéculaire (dans une seule direction) ou diffuse, soit par d'autres mécanismes comme la diffraction ou la diffusion.

Il existe deux types de paramètres pour caratériser le mode d'action des sources indirectes sur la lumière incidente

• un paramètre intrinsèque fondamental : l'indice optique
• des paramètres extrinsèques comme l'état de surface ou la diffusion

L'indice optique (faisant intervenir l'indice de réfraction et le coefficient d'absorption) est une mesure macroscopique de l'inteaction entre les photons incidents et les électrons de la matière frappée par ces derniers.
Si un matériau a un indice qui ne varie presque pas entre 380 et 780 nm (extrêmités du spectre visible), la quantité de lumière réfléchie par cet objet ne dépendra pas de la longueur d'onde et cet objet reflètera fidèlement (quoique de façon atténuée par son absorption) la source qui l'éclaire. S'il est éclairé par une source spectrale continue (proche de la lumière du jour) il apparaîtra "sans couleur", c'est à dire gris (allant du blanc au noir).
Si cet indice optique suit des variations en fonction de la longueur d'onde (la matériau absorbe davantage une radiation d'une certaine longueur d'onde qu'une autre), les propriétés de réflexion dépendront de la longueur d'onde et le spectre incident sera modifié, c'est cette différence entre spectre ambiant et spectre réféchi que le cerveau prendra pour une couleur.

Dans cet exemple, deux objets sont éclairés par une lumière violette (rouge plus bleue), celui du haut présente un indice optique constant, il réfléchit le spectre incident sans le modifier, celui du bas absorbe moins le vert que le bleu et le rouge et refléchit une lumière globalement plus verte que celle incidente. Le cerveau procède par analyse comparative des plages lumineuses et interprète le spectre réfléchi par l'objet du haut comme du blanc et celui du bas comme du vert. Ainsi, quelque soit la couleur avec laquelle les objets sont éclairés, ils apparaîtront de la même couleur, c'est la principe "d'invariance" de Rushton. L'oeil ne fait pas une analyse spectrale, il travaille par comparaison et l'information sur la longueur d'onde reçue est perdue.

L'état de surface peut varier entre le lisse comme un "miroir", qui réflechit la lumière de façon séculaire, et le rugueux qui fait diffuser la lumière.
C'est le rapport entre la partie spéculaire et la partie diffuse du rayonnement qui donne l'impression de brillance.

La diffusion est une propriété dépendant aussi de la mise en forme de l'objet, mais cette fois en volume. Ce phénomène devient prépondérant quand les objets ont des tailles proches de la longueur d'onde des radiations incidentes, c'est à dire de l'ordre du micron. Cet effet variant avec la puissance quatrième de la longueur d'onde, il est 16 fois plus important dans le bleu que dans le rouge (dont les longueurs d'onde présentent un rapport de 2), c'est ce qui est à l'origine de la couleur bleue du ciel.