Les couleurs - processus chimiques et visuels de perception des couleurs

Résumé du document

Les couleurs sont une part essentielle de notre quotidien, mais nous nous interrogeons peu sur leur origine tant nous les considérons comme quelque chose d'évident. Les premières utilisations de la couleur datent de la préhistoire où l'on peignait déjà les grottes grâce aux matériaux de la nature comme l'ocre jaune ou l'ocre rouge, les terres vertes, la craie blanche et bien d'autres encore. Au cours des siècles différents matériaux ont été utilisés pour former la couleur.

Pour les hommes l'un des principaux usages de celle-ci est la coloration. Elle regroupe deux techniques différentes : la peinture et la teinture. La peinture d'un support utilise des pigments ou des laques, alors que la teinture d'un fil nécessite des colorants. On trouve généralement les pigments sous forme de poudre, ils sont insolubles dans le milieu dans lequel ils sont introduits et permettent de procurer une couleur différente à un objet. Pourtant, ils sont eux-mêmes soumis à des actions diverses qui leur confèrent leur couleur, celle perçue par notre œil.

Nous avons décidé de consacrer ce travail à l'étude de la couleur des pigments, en nous intéressant particulièrement aux pigments organiques. On se demandera donc en quoi les pigments organiques jouent un rôle dans la formation de la couleur. Nous illustrerons notre propos à l'aide d'une expérience : la synthèse du bleu de phtalocyanine, qui nous permettra de réaliser l'étude précise des différents processus chimiques et visuels grâce auxquels nous percevons la couleur dans ce cas particulier.

Extraits

[...] Le premier traitement quantitatif précis des processus d'émission et d'absorption de lumière fut proposé par Einstein en 1917. L'état d'équilibre à une température donnée d'un rayonnement enfermé dans une cavité est défini par l'hypothèse que l'énergie rayonnée par les atomes des parois de la cavité est égale à l'énergie qu'ils absorbent pendant le même intervalle de temps. Les propriétés ondulatoires de l'électron En 1924, Louis de Broglie propose d'associer à un électron libre de masse se déplaçant à une vitesse , une onde, de longueur d'onde définie par la relation : = . [...]

[...] Il existe deux principaux types de chromophores : des systèmes à liaisons π conjuguées ou, comme c'est le cas pour le pigment qui nous intéresse, des complexes métalliques autour d'un métal de transition. - Les auxochromes qui sont des groupements d'atomes ionisables susceptibles de faire changer la fréquence d'absorption d'un chromophore. Pour cela ils augmentent la délocalisation électronique (l'éloignement des électrons) ce qui modifie les énergies d'absorption et donc les fréquences d'absorption. Si on diminue la fréquence d'absorption (effet bathochrome) l'absorption va être plus proche de l'infrarouge. [...]

[...] Les pigments organiques comportent toujours un groupement chimique particulier, appelé chromophore. C'est le responsable essentiel du pouvoir colorant du pigment. Les groupes chromophores sont en général un ensemble de cycles carbonés aromatiques ou des chaînes de doubles liaisons carbone-carbone. Mais le résultat reste le même, ces groupes sont, la plupart du temps, une suite d'atomes de carbone car ils captent mieux la lumière. On distingue plusieurs grandes familles de pigments en fonction de leur type de chromophore ; la position et la composition des atomes ou des groupes d'atomes voisins peuvent influencer la coloration de celui-ci. [...]

[...] Lors des deux expériences nous n'avons pas réussi à observer le dégagement de dioxyde de carbone. Résultat de la première expérience (à gauche) Résultat de l'expérience nº2 (à droite) Les différentes réactions Pour obtenir la phtalocyanine de cuivre on chauffe les réactifs. Ils passent de l'état solide à un état presque liquide par fusion. Une fois que l'on arrête de chauffer, ils repassent à l'état solide par solidification. L'état intermédiaire entre le liquide et le solide organisé est appelé mésophase. [...]

[...] Nous avons choisi d'étudier la phtalocyanine de cuivre de couleur bleue mais beaucoup d'autres phtalocyanines sont synthétisées, notamment celles de couleurs vertes Par ailleurs le type de structure que nous avons étudié : les dérivés de porphyrine, comme les complexes magnésium ou fer, sont loin d'être les seules structures existantes des pigments. Elles sont au contraire très nombreuses et c'est bien ce qui assure la diversité et la richesse de toutes les couleurs que nous connaissons. L'ocre est un pigment dispersif présent dans les argiles et le sol Le safran est un pigment organique tiré d'une fleur : le Crocus sativus W. H. [...]