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Combien de couleurs y a-t-il dans un arc-en-ciel ?

Les couleurs physiques

Pour le physicien, la couleur est une propriété bien établie de la lumière, que l'on peut exprimer de plusieurs façons : la longueur d'onde dans le vide de l'onde électromagnétique, sa fréquence, ou l'énergie du photon. Il faut en effet se rappeler que la lumière est un objet quantique, à la fois onde et corpuscule, et toutes ces quantités représentent la même propriété, exprimée selon des points de vue différents. En termes de longueur d'onde dans le vide, la lumière visible s'étend d'environ 380 nm à un peu moins de 800 nm. Entre ces deux extrêmes existent une infinité de longueurs d'onde, et donc de couleurs. Au delà, le rayonnement électromagnétique n'est plus perçu par l'oeil : il s'agit des UV, et des rayons X et gamma pour les courtes longueurs d'onde, et des infrarouges, microondes et ondes radio pour les longues.

Couleurs monochromatiques et spectres de couleurs

La couleur associée à une seule longueur d'onde, qu'on appellera une couleur monochromatique, est définie de façon unique, par la valeur de sa longueur d'onde. Ces couleurs monochromatiques ne peuvent être générées que par un laser ou une source de lumière non monochromatique mais filtrée, par exemple avec un filtre dichroïque. Ces couleurs peuvent être caractérisées très simplement de façon absolue, en mesurant la longueur d'onde dans le vide de la lumière.

Pour le physicien, la couleur d'un objet est défini par l'ensemble des couleurs qu'il émet ou réfléchit. Il ne parle plus alors de couleur, mais de spectre de couleurs, c'est à dire de l'ensemble des couleurs émises ou réfléchies. Il existe bien sûr une infinité de spectres possibles, en fonction du poids des différentes longueurs d'onde composant la lumière.

Ces couleurs monochromatiques sont définies de façon unique. Elles ne peuvent être générées que par un laser ou une source de lumière non monochromatique mais filtrée, par exemple avec un filtre dichroïque. Ces couleurs peuvent être caractérisées très simplement de façon absolue, en mesurant la longueur d'onde dans le vide de la lumière.

Complément : longueur d'onde, fréquence, énergie

Si la longueur d'onde dans le vide d'un rayonnement électromagnétique est notée \(\lambda\) et que \(c\) est la vitesse de la lumière dans le vide, alors sa fréquence \(\nu\) est : $$\nu={c \over \lambda}$$ L'énergie du photon associé est alors : $$E=h\nu={hc \over \lambda}$$ où \(h\) est la constante de Planck.