couleurs prismatiques

Lorsque la lumière blanche traverse un prisme, elle n'en ressort pas inchangée. Le prisme dévie les différentes longueurs d'onde à des angles légèrement différents, un phénomène appelé dispersion. Cette séparation de la lumière en ses longueurs d'onde constitutives produit une bande de couleurs ordonnée, traditionnellement numérotée comme rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Ce sont les couleurs prismatiques, et elles apparaissent parce que l'indice de réfraction du verre varie avec la longueur d'onde. Les longueurs d'onde plus courtes (bleu, violet) se réfractent plus fortement que les plus longues (rouge, orange).

Le terme « prismatique » se réfère strictement aux couleurs générées par la réfraction à travers un milieu réfringent, et non par réflexion, diffraction ou absorption. Un prisme fonctionne parce que sa géométrie force la lumière à entrer et à sortir à des angles qui maximisent la visibilité du spectre séparé. Le type de verre est très important : le verre flint dense, qui contient de l'oxyde de plomb, produit une dispersion plus large et un spectre plus vif que le verre crown ordinaire. Le verre crown, avec un indice de réfraction d'environ 1,52, répartit les longueurs d'onde visibles sur environ 2 degrés de séparation angulaire ; le verre flint lourd peut dépasser 3 degrés.

Dans les instruments optiques, les couleurs prismatiques sont souvent un problème plutôt qu'une caractéristique. Lorsque la lumière blanche traverse une lentille, la dispersion fait que différentes couleurs se focalisent à des distances légèrement différentes, créant une aberration chromatique. Un halo rouge peut apparaître autour des objets lumineux, décalé par rapport aux composantes bleues et vertes. Les concepteurs optiques minimisent cela en combinant des verres crown et flint dans des doublets achromatiques, où les tendances dispersives des deux matériaux s'annulent sur la majeure partie du spectre visible. En spectroscopie et en colorimétrie, cependant, la séparation prismatique est le but principal : les spectromètres utilisent des prismes pour diviser la lumière à des fins d'analyse, et la position angulaire de chaque longueur d'onde révèle la composition de la source.

Considérations pratiques

La pureté et la saturation des couleurs prismatiques dépendent du matériau du prisme et de la source lumineuse. Une fente étroite de lumière solaire produit des bandes de couleurs nettes et vives. Une lumière large et diffuse répartit le spectre sur une zone plus étendue et réduit la saturation. La poussière ou les défauts internes du verre dégradent le spectre en diffusant la lumière, c'est pourquoi les prismes optiques de précision sont polis jusqu'à une rugosité de surface inférieure à 20 nanomètres et vérifiés pour les inclusions. L'angle d'incidence et la géométrie du prisme affectent tous deux les couleurs visibles et leur répartition spatiale.

L'observation des couleurs prismatiques est devenue une référence pour la qualité optique des siècles avant que la spectroscopie ne formalise le concept. Les expériences de Newton avec les prismes dans les années 1660 ont établi que la couleur est une propriété de la lumière elle-même, et non une modification imposée par la matière. Aujourd'hui, l'apparence et la netteté du spectre prismatique restent un test visuel rapide de la qualité du verre optique dans la fabrication et l'inspection. Les prismes sont également utilisés dans certains viseurs d'appareils photo et périscopes pour rediriger les trajets lumineux tout en gardant le spectre visible, bien que les systèmes d'imagerie modernes s'appuient davantage sur les revêtements de lentilles et les combinaisons d'éléments pour gérer la dispersion que sur l'ancienne stratégie consistant à ne compter que sur le prisme.