Les couleurs en sciences

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    05-Jan-2017

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  • Les couleurs en sciencesUnit d'enseignement Sci122 2010

    Version lectronique disponible sur le site BVRA de Sci122

    Synthse additive Synthse soustractive

  • ii

  • Table des matires

    Prsentation gnrale v

    Qu'est-ce que la couleur ? xi

    I Notions de base et travaux dirigs 1

    1 Comprendre la vision colore 3

    2 Couleur et chimie 17

    3 Les couleurs de diraction 25

    4 Les couleurs d'interfrences 31

    5 Les couleurs de polarisation 43

    6 Les couleurs d'mission et de diusion 49

    II Travaux pratiques 59

    1 Synthse des couleurs 61

    2 Pigments vgtaux 67

    3 Indicateur color acide/base 73

    4 Pigment minral, colorants organiques 79

    5 Solvatochromisme et thermochromisme 91

    6 Les couleurs de diraction 97

    7 Les couleurs d'interfrences 103

    8 Les couleurs de polarisation 109

    iii

  • iv TABLE DES MATIRES

    9 Les couleurs d'mission et de diusion 121

    III Annexes 125

    A Quelques conseils... Le cahier de manips 127

    B Quelques conseils... Le diaporama 131

    C Quelques conseils... Exposer des rsultats 133

    D valuation 135

  • Objectifs pdagogiques

    L'Unit d'Enseignement SCI 122 "Les couleurs en Sciences" s'adresse aux tudiants de premireanne de licence (L1). Elle semble particulirement adapte aux tudiants se destinant aux parcoursd'interface disciplinaires et/ou aux sciences exprimentales (Physique, Chimie, Biologie, Gologie,Mcanique).

    Notre objectif pdagogique est d'apprhender un mme thme, la couleur, en privilgiant les ap-proches pluridisciplinaires. Prenant volontairement place trs tt dans le cursus universitaire, l'UEpermet une approche exprimentale de notions thoriques de base et l'acquisition d'un savoir fairetechnique lmentaire. Une approche pluridisciplinaire sera galement utilise pour laborer un projetpersonnel selon les centres d'intrts scientiques et professionnels de chacun. Nous souhaitons viterles cloisonnements disciplinaires et vous permettre d'envisager la vision intgre d'une problmatiquescientique. Si les capacits d'analyse restent fondamentales, la curiosit et la capacit envisagerun problme dans sa globalit nous semblent un complment indispensable la formation des scien-tiques. L'UE SCI 122 peut galement tre l'occasion de dcouvrir certaines approches disciplinaireset de prciser votre projet professionnel.

    Pour se rapprocher au maximum de ces objectifs, l'UE SCI 122 est encadre par une quipepdagogique pluridisciplinaire, issue des UFR de Physique, Chimie, Biologie et de l'Observatoire desSciences de l'Univers de Grenoble. Cette UE ncessite de la part de tous les participants, enseignantset tudiants, un engagement volontaire et maximal. Les sances de TD et de TP sont obligatoires,nous comptons sur votre sens civique des responsabilits pour respecter le groupe de TD/TP ainsique le groupe tuteur qui vous ont t attribus.

    Calendrier pdagogique

    Pour rpondre au mieux nos objectifs pdagogiques, l'organisation des activits pdagogiquesn'est pas tout fait classique et s'articule en deux temps : approche exprimentale, sous forme d'un mini-stage intensif en janvier, laboration du projet personnel, guide par tutorat, de janvier mars.En TP, comme pour le projet personnel, vous allez travailler en binmes, mais vous pouvez vous

    appuyer sur des collaborations entre binmes le cas chant. Le mini-stage pose les bases techniquesde l'UE au travers d'approches pluridisciplinaires intgres. Il comprend 9 sances de TP, 4 sances deTD introductives et une preuve crite (QCM) de contrle des connaissances acquises. Il se drouleradu 12 au 23 janvier. C'est aussi lors de ce mini stage que le projet personnel est initi : sance deprparation technique la ralisation du diaporama et premire sance de tutorat. La ralisation duprojet personnel en binmes se droulera de janvier mars et sera value travers les deux sances detutorat (vers mi janvier et mi fvrier) et par la soutenance orale individuelle nale du diaporama (2me

    v

  • vi PRSENTATION GNRALE

    quinzaine de mars). Les sances de tutorat sont des rendez-vous priodiquement xs entre un binmeet deux enseignants de disciplines direntes, durant lesquels vous exposerez l'tat d'avancement devotre projet et les ventuels problmes scientiques que vous rencontrez.

    Le mini-stage

    Conseils

    La prsence aux sances de TD et de TP est obligatoire et contrle, Le planning du mini stage permet de dgager du temps libre pour rencontrer votre binmeet commencer la rexion sur le projet personnel, dans l'optique de la premire sance detutorat, organise la n de cette priode. Venez voir les enseignants, dans la mesure de leurdisponibilit ; discutez et confrontez vos ides. Vous n'avez pas d'autres enseignements danscette priode : protez-en ! Il est indispensable de tenir jour un cahier de manipulations individuel, o vous noterez au furet mesure toutes les observations que vous ferez durant les sances (conditions exprimentales,rsultats bruts, questions,...) et les rponses aux questions poses par le polycopi (voir conseilsen annexe 1). Les sances de TP sont pluridisciplinaires, dans leur thmatique et dans l'encadrement par lesenseignants : n'attendez pas une rponse unique une question, il y a toujours plusieurs pointsde vue.

    Thmes des sances de TD (chacune dure 2h)

    TD 1 : Analyse et synthse des rsultats du TP 1 TD 3 : Introduction aux TP 3, TP 4 et TP 5 TD 7 : Introduction au TP 7 TD 8 : Introduction au TP 8 (dure 3h)

    Thmes des sances de TP (chacune dure 4 h)

    1. Synthses des couleurs et vision colore : Pas de couleur sans lumire et sans interaction dela lumire avec la matire (synthse additive et soustractive) ; la couleur n'existe que parce quenotre systme visuel la cr ; caractristiques et limites de la vision colore chez l'homme.

    2. Pigments vgtaux : L'origine des direntes couleurs des poivrons... la chlorophylle n'est pasle seul pigment vgtal ! ; Analyse de pigments carotnodes et chlorophylliens de poivrons etliens avec leurs rles physiologiques.

    3. Indicateur color acide-base : Mise en vidence d'un indicateur naturel, le chou rouge ; tudedu bleu de bromothymol.

    4. Pigment minral et maquillage : Recettes traditionnelles de prparation de Khls Colorantsorganiques et procds de teinture.

    5. Solvatochromisme et thermochromisme : Inuence du solvant et de la temprature sur lacouleur d'une espce en solution.

  • vii

    6. Les couleurs de diraction : Production de couleurs par les eets de diraction sur un rseau(exemple : la surface d'un CD ou d'un DVD) ; ralisation d'un spectroscope sur ce principe ; lienentre gure de diraction et structure de la matire.

    7. Les couleurs d'interfrence : Production de couleur par interfrences sur les lames minces(exemple : lm de savon) ; lien entre couleur et paisseur de la lame.

    8. Les couleurs de polarisation : La lumire polarise, source de la couleur dans divers matriaux,et notamment les lames minces de minraux.

    9. Les couleurs par mission et les couleurs par diusion : Analyse qualitative et quantitativede direntes sources de lumire (spectre continu et spectre de raies) ; diusion et couleur duciel.

    Evaluation du mini stage

    Le travail exprimental ralis et les connaissances acquises en TP et TD seront valus et don-neront lieu deux notes de contrle continu : notation l'issue du mini stage de ches de synthse(que vous aurez rdiger pour chaque TP individuellement, sur un support qu'on vous fournira) surdeux sances de TP tires au sort (l'une parmi les sances 1 5, l'autre parmi les sances 6 9) :note CC1, complte par un bonus/malus de +/- 1 point au maximum selon le degr de participationactive aux sances de TP (valu chaque sance) examen crit en amphi, sous forme d'un QCM(Questionnaire Choix Multiples) portant sur les notions prsentes en TD et en TP : note CC2Remarque : lors de la soutenance orale de votre diaporama (voir plus loin), il est galement possibleque l'on vous pose des questions en relation avec les sujets traits en TP.

    Sances de soutien pour correction des ches de synthse

    Cette anne, dans le cadre des heures de soutien qui sont mises en place en L1 par le DLST, 3sances d'1h30 par groupe TP seront organises an de vous apporter une correction dtaille desches de synthse. Les 9 thmes de TP seront rpartis sur ces 3 sances qui auront lieu probablementla semaine qui suit le mini stage de TP ( conrmer). Vos ches de synthse en rapport avec lesthmes traits vous seront rendues en dbut de sance, ce qui vous permettra au fur et mesure dela correction de situer vos lacunes (voire les combler) et de corriger vos erreurs. Pendant ces sances,les enseignants commenceront toujours par un commentaire gnral sur la forme avant de reprendrele fond et d'insister sur les points qui vous ont pos problme. Il va de soi que ce sera pour vousl'occasion de poser toutes vos questions, d'exprimer vos dicults quant la rdaction de ces chesde synthse et d'en tirer un savoir faire pour la suite de vos tudes.

    Le projet personnel (diaporama)

    Cadre gnral

    L'laboration de votre projet ncessite un travail personnel important dont nous avons tenu comptedans la mise en place de l'UE (pour au moins 60 heures). Votre travail personnel, l'originalit de votredmarche ainsi que votre degr d'implication interviendront dans l'valuation nale (voir plus loin).Par binmes, vous choisissez un sujet en rapport avec le thme les Couleurs en Sciences . Vous tes

  • viii PRSENTATION GNRALE

    totalement libre de choisir le sujet qui vous intresse et de le traiter de la manire qui vous convient(par exemple : bibliographie, enqute sur le terrain,...). Ce sera l'occasion par exemple d'approfondirune thmatique aborde en TP ou bien de prciser un projet professionnel. Nous vous demandonstoutefois de privilgier une approche pluridisciplinaire. Vous serez