Le monde végétal nous offre une merveilleuse diversité de couleurs, avec cependant une dominance du vert (feuilles des arbres, mousses, algues, lichens) due à la présence des chlorophylles a et b dont le rôle est essentiel dans la photosynthèse. Il existe une famille de pigments qui sont à l’origine des couleurs des végétaux, caroténoïdes, anthocyanes et flavonoïdes.Ils  changent la couleur réfléchie ou diffusent de la lumière suite à l'absorption d'une plage sélective de longueur d'onde appelée spectre d'absorption.Dans le cas ou le pigment  absorbe toutes les longueurs d'onde alors la couleur observée sera , si le pigment reflète toutes les longueurs d'onde la couleur nous apparaitra blanche. En conclusion le pigment montre toujours la couleur de la lumière réfléchie.

Rappel sur la lumière du jour

Le soleil émet un rayonnement de type électromagnétique. Ce rayonnement constitue un spectre de lumière . La lumière blanche qui est composée de lumières colorées appelées radiation, le Bleu, le Jaune, le Rouge qui sont les couleurs primaires, le Vert, le Violet et l’Orangé Indigo.

Une couleur est donc la perception de l'œil humain d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses. Le spectre lumineux est une petite fenêtre du spectre électromagnétique, C'est dans cette zone que nos yeux captent les informations lumineuses.

Ce spectre est identifiable dans l’arc en ciel

Le spectre électromagnétique comprend toutes les plages d'ondes  électromagnétiques, de la plus basse à la plus haute fréquence. Il s'étale, des rayons gamma aux ondes de basses fréquences, en passant par les rayons X, les rayons ultraviolets, la lumière visible, les rayons infrarouges, les micro-ondes et les ondes radios. Cette lumière « contient » toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Lorsque les rayons du soleil traversent les gouttes d'eau, les différentes couleurs qui composent la lumière blanche se séparent par réfraction .

Les différentes fenêtres du spectre électromagnétique se caractérisent par une longueur d'ondes, mais aussi par une plage de fréquences, bien définies.

Exemple : f= ? C= 300.000 km-1 ƛ = 400 nm

F = 300 * 106   / 400 * 10- 9 = (300/400) 10 15

La fréquence est le nombre d'oscillations électromagnétiques qui passent par un point donné en une seconde. Elle s'exprime avec l'unité de fréquence l’Hertz. Plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence est élevée . La fréquence est donc inversement proportionnelle à la longueur d'onde. Ces ondes électromagnétiques, dont le vecteur est le photon, filent à la vitesse de  300 000 km/s. A titre d’exemple et à cette vitesse, un rayon lumineux, émis par le Soleil, met environ 8 minutes pour parvenir sur Terre.
Si on se place dans l’eau, l’indice de réfraction est de 1,33 : la vitesse de la lumière est donc réduite de 25 %

Exemple de perception des couleurs

Les fleurs qui nous paraissent uniformément colorées sont bien différentes vues par l'abeille. Au niveau des couleurs, les abeilles possèdent une vision trichromatique. Les ocelles perçoivent le vert, le bleu et les ultraviolets mais ne distinguent pas le rouge.

Le plus connu reste la chlorophylle. Il donnera aux plantes leur couleur verte.
Elle absorbe les rayonnements violets (~400nm) et orange-rouge (~600nm) du spectre solaire et diffuse la lumière verte (~550nm) et jaune (~580nm) qui sera perçue par notre œil.

En ce qui concerne les autres couleurs, il faudra se tourner vers différents pigments comme le caroténoïde de couleur orange et jaune répandus dans de nombreux organismes vivants.

La famille de caroténoïdes est divisée en deux sous-familles appelées les carotènes et les xanthophylles.

Les carotènes :

Le carotène est un pigment de couleur orange, très important pour la photosynthèse. Il absorbe essentiellement dans le bleu (entre 400 et 500nm).

Le carotène est une molécule organique classée dans la catégorie des « pigments » de par sa couleur orange. C’est un pigment important pour la synthèse, en effet, il transfère l’énergie lumineuse reçue à la chlorophylle.

Le carotène absorbe dans les faibles longueurs ondes (violet-bleu)(400 à 500 nm) d’où leur couleur jaune-orangé.

Les xanthophylles :

Les xanthophylles sont des molécules organiques, classées parmi les « pigments »  de par leur couleur jaune. Ces pigments sont dérivés des carotènes.Ils sont situés dans les chloroplastes des cellules végétales, (pétales de certaines fleurs de couleur jaune, orange ou rouge), et chez les algues (de couleur brune).

Les flavonoïdes :

Les flavonoïdes sont des molécules organiques appartenant aux « pigments » présentes dans les plantes, fruits, légumes. Ces pigments sont situés tous organes végétaux : racines, tiges, feuilles, fleurs, pollens, fruits, graines, bois...  et dont le rôle dans la photosynthèse est très important : en effet, ils empêchent les ultraviolets (rayons qui détruisent les noyaux cellulaires et les protéines) de pénétrer dans les cellules qui les contiennent. Ils sont aussi responsables de la couleur des végétaux : leur principale fonction est la pigmentation. Les flavonoïdes regroupent un très grand nombre de pigment dont l’un des plus connu l’anthocyane, est une des seules molécules organiques à pouvoir produire des teintes allant du jaune-orangé au bleu, en passant par le pourpre et le rouge. Elles sont responsables de la couleur des aliments.

Les anthocyanes.

Les anthocyanes appartiennent à la classe des composés flavonoïdes. Ils sont hydrosolubles et contenus dans la vacuole des cellules végétales et sont responsables d’une large gamme de couleur. Ils changent de couleur en fonction de leur nature et du degré d’acidité ou de basicité (Ph) de la solution vacuolaire. Ces pigments donnent aussi en combinaison avec les carotènes les couleurs rouge/orange des feuilles durant l'automne lorsqu'il y a une dégradation des chlorophylles qui cachent ces pigments.

Lever de soleil hivernal

Lorsque le ciel est dégagé de tous les nuages, il s’habille d’une couleur bleue  dont la longueur d'onde est de (450 à 500 nanomètres ) et ce ne sont plus que les rayons colorés dans les rouges qui parviennent à votre œil.

Les variations de couleurs s'expliquent par la présence dans l'atmosphère d’azote, d’oxygène, de gaz rares, de poussières, de pollens voire de polluants. Cela conditionne la diffusion de la lumière du soleil. Plus il y a de molécules et plus les couleurs à faibles longueurs d’onde disparaissent.

C'est le cas au lever du soleil où au coucher, le parcours de la lumière solaire est plus long et seules les longueurs d’ondes de ( 600 à 700 nanomètres ) peuvent continuer à se diffuser entre les molécules de l’atmosphère terrestre avant de retourner dans l’espace.

Le nuage et la lumière solaire

Un nuage peu épais, contient des fines gouttelettes d’eau , qui réfléchissent les rayons du soleil pour nous offrir un mélange de plusieurs couleurs et longueurs d’ondes appelé lumière blanche .Les nuages sont blancs 

Dans le cas d’un nuage épais , les gouttelettes d’eau sont plus nombreuses, le soleil passe difficilement à travers , alors la base du nuage est grise ou plus sombre.

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