Les mélanges de couleurs avec des toupies

mélange de couleurs avec des toupies

Cette expérience consiste à mélanger des couleurs en les faisant tourner ensemble à grande vitesse sur le plateau d’une toupie. Pour cela, le plateau de la toupie est découpé en secteurs, coloriés avec des feutres alternativement en deux, trois ou plus de couleurs. Quand la toupie tourne suffisamment vite, nous ne pouvons plus distinguer les couleurs individuelles : une nouvelle couleur « mélange » apparait. En fabriquant plusieurs toupies et en choisissant soigneusement vos couleurs de départ, vous pourrez établir des règles de mélange que vous pourrez comparer à celles obtenues dans d’autres expériences, comme le mélange des lumières colorées ou le mélange des couleurs « matière » avec de la peinture ou des feutres.

Le matériel

Toupies mélange couleurs fabrication

  • Morceau de carton épais
  • Modèle de toupies à télécharger et à imprimer, au choix :
    à colorier avec 6 secteurs
    ou 12 secteurs
    ou 
    déjà en couleurs
  • Boite de feutres (choisir des feutres ayant des couleurs proches des couleurs primaires des synthèses additive et soustractive)
  • Allumettes
  • Cutter ou couteau
  • Pointe fine en métal (compas, clou fin, punaise, …)
  • Colle bâton
  • Ciseaux
  • Pâte adhésive (facultatif)

La fabrication

  • Colorier avec des feutres le modèle noir et blanc de la toupie en choisissant une couleur par secteur (pour le nombre et le choix des couleurs, voir la rubrique « Le choix des couleurs » ci-dessous) ou imprimer un modèle de toupie en couleurs.
  • Coller le modèle sur le morceau de carton.
  • Découper soigneusement le contour du modèle collé sur le carton support pour obtenir le plateau de la toupie.
  • Pré-percer précisément le centre du plateau avec une fine pointe métallique.
  • Tailler une allumette en pointe côté "bois" avec un couteau ou un cutter.
  • Enfoncer l’allumette du côté taillé dans le trou pré-percé sur environ 1 cm sans la faire tourner sur son axe (l'allumette doit rester rigidement liée au plateau). 
  • Couper à l'aide de ciseaux l'extrémité taillée de l'allumette pour enlever les éventuels fils de bois qui ont pu s'y former et faciliter la stabilité de la toupie pendant sa rotation.

 

C’est prêt : vous pouvez lancer la toupie !

 

Si la toupie n’est pas très stable, il faut redresser le plateau pour qu’il soit le plus perpendiculaire possible à l’allumette.

Si l’allumette n’est plus rigidement tenue au plateau, vous pouvez utiliser de la pâte adhésive pour consolider l’ensemble.

Le choix des couleurs

Afin de pouvoir comparer les règles de mélange obtenues avec ces toupies à celles de la synthèse additive et de la synthèse soustractive, vous commencerez par mélanger deux à deux les couleurs JAUNE, CYAN et MAGENTA (couleurs primaires de la synthèse soustractive) puis les trois ensemble. Vous ferez ensuite de même avec les couleurs ROUGE, VERT et BLEU (couleurs primaires de la synthèse additive) ce qui fera un total de huit toupies.

toupies en couleur à imprimer

Observations

Voici les règles de mélange que vous devriez obtenir :

  • JAUNE + CYAN = VERT PÂLE
  • JAUNE + MAGENTA = ROUGE PÂLE
  • MAGENTA + CYAN = BLEU PÂLE
  • JAUNE + CYAN + MAGENTA = BLANC
  • ROUGE + VERT = JAUNE
  • ROUGE + BLEU = MAGENTA
  • VERT + BLEU = CYAN
  • ROUGE + VERT + BLEU = GRIS/BLANC

En pratique, suivant les feutres et l’éclairage que vous utiliserez, les résultats seront plus ou moins proches de ceux indiqués dans ce tableau. En particulier, pour observer le BLANC comme résultat des mélanges JAUNE + CYAN + MAGENTA et ROUGE + VERT + BLEU, il faut un éclairage intense et bien blanc sur la toupie. Sinon, on obtiendra plutôt du GRIS, parfois teinté.

 

C'est ce qu'on peut voir sur les exemples de mélanges montrés dans les photos ci-dessous : si nous retrouvons pour certaines toupies les règles énoncées ci-dessus, nous voyons que le mélange JAUNE + MAGENTA est plutôt ORANGE que ROUGE PÂLE, le mélange MAGENTA + CYAN plutôt MAGENTA que BLEU PÂLE, et le mélange ROUGE + VERT + BLEU légèrement MAGENTA et non GRIS/BLANC.

mélange de couleurs avec des toupies
mélange de couleurs avec des toupies
mélange de couleurs avec des toupies
mélange de couleurs avec des toupies
mélange de couleurs avec des toupies

Discussion

Mélange feutres CMJ synthèse soustractive

Nous constatons que, bien que les couleurs des toupies aient été obtenues par des encres, les règles de mélange observées ici ne sont pas celles de la synthèse soustractive correspondant au mélange des couleurs « matière ».

Nous pouvons facilement le vérifier en mélangeant directement les encres des différents feutres sur une feuille blanche : les résultats sont très différents, par exemple le mélange CYAN + MAGENTA + JAUNE donne plutôt du NOIR et non du BLANC.

Pourquoi cela ? Quand la toupie tourne, les couleurs des différents secteurs ne se mélangent jamais réellement comme le font les pigments dans un mélange direct d’encres. Tout se passe comme si de petites sources lumineuses colorées s’allumaient alternativement à très grande vitesse. Ce sont alors ces lumières qui se mélangent dans l’œil : par un phénomène appelé persistance rétinienne, l'oeil n’est pas capable de distinguer les couleurs individuelles en rotation.

Mélange lumières CMJ synthèse additive

C'est ce qui explique que les règles de mélange pour la toupie sont celles de la synthèse additive, correspondant au mélange des couleurs "lumière", donc les mêmes que celles qu'on peut observer en superposant des lumières colorées sur un mur blanc (photo ci-contre). Dans le cas des toupies la source de lumière (lampe ou soleil) est unique et blanche mais devient colorée lorsqu'elle est diffusée par les différents secteurs colorés.

Question bonus

Que se passe-t-il si nous mélangeons à l’aide d’une toupie les couleurs de l’arc-en-ciel (modèle en couleurs à imprimer) ? Nous voyons sur la photo ci-dessous que nous obtenons une couleur proche du BLANC. Cette expérience est l'inverse de celle qui consiste à décomposer la lumière blanche avec un prisme pour obtenir les couleurs de l'arc-en-ciel.

mélange de couleurs toupie disque de Newton

Les toupies créatives

mélange de couleurs toupies créatives

Les modèles de toupies précédents, dont les plateaux sont découpés en secteurs de différentes couleurs, sont très pratiques pour tester et établir les règles de mélange. Une fois ces règles établies, il est possible de dessiner des motifs plus complexes qui permettent de faire plusieurs mélanges sur une même toupie et d’obtenir des effets colorés encore plus spectaculaires.

Nous vous proposons ci-dessous quelques exemples de motifs à colorier (planche à imprimer téléchargeable ici) en utilisant les trois couleurs primaires de la synthèse additive : ROUGE, VERT et BLEU. Vous pouvez bien entendu laisser libre cours à votre imagination, tant pour le choix des couleurs que pour les motifs !

Mélange de couleurs avec une toupie
Mélange de couleurs avec une toupie
Mélange de couleurs avec une toupie
Mélange de couleurs avec une toupie

Pour comprendre quelle sera la couleur résultante de ces différents modèles à une certaine distance du centre du plateau, il suffit de tracer un cercle ayant cette distance pour rayon, de regarder quelles sont les couleurs présentes sur ce cercle et en quelle quantité, et d'appliquer les règles de mélanges discutées précédemment.

  • Le premier modèle permet de visualiser sur une seule toupie les trois mélanges des couleurs ROUGE, VERT et BLEU deux à deux.
  • Le deuxième modèle permet de visualiser sur une seule toupie les trois couleurs ROUGE, VERT et BLEU et leurs mélanges deux à deux.
  • Avec le troisième modèle, les quantités de ROUGE, de VERT et de BLEU varient continument depuis le centre jusqu'à la périphérie du plateau. Quand la toupie entre en rotation, nous voyons donc apparaître les trois couleurs d'origine là où elles sont dominantes et des gradients de mélanges dans les zones de transition.
  • Le quatrième modèle montre que même des motifs très simples en apparence peuvent donner des mélanges complexes et des résultats inattendus.

Suivant les feutres et l'éclairage que vous utiliserez, les résultats seront plus ou moins proches des photos ci-dessus.

Toupies avec moteur

Vous pouvez également faire tourner les disques précédents à l’aide d’un petit moteur électrique. L’occasion de mêler couleur et électricité ! C’est ce que nous proposons dans notre kit « Disque de Newton et synthèse additive RVB », où vous pourrez mélanger huit combinaisons différentes de couleurs et vérifier les règles de mélange de la synthèse additive (voir un film ici).

Disque de newton et mélanges RVB avec moteur