Un poisson multicolore

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : La formation des images. La couleur des objets
Type : Partie 1 | Année : 2016 | Académie : Moyen-Orient

 

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5

Liban • Mai 2016

Représentation visuelle • 8 points

Un poisson multicolore

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Une rascasse 

Ph © Reinhard Dirscherl/Biosphoto

La couleur des poissons change-t-elle avec la profondeur ?

Pierre, préparant le niveau 3 de plongée sous-marine pendant ses vacances, doit réaliser des plongées à des profondeurs allant jusqu’à 60 m. Lors de ses premières plongées en profondeur, il constate avec surprise qu’entre 10 m et 30 m de profondeur, les poissons et les végétaux lui paraissent bleu-vert. De plus, il précise qu’à des profondeurs plus importantes (60 m), là où l’intensité lumineuse (mesurée en lux) est inférieure à 100 lux, il n’a plus aucune perception des couleurs.

On cherche à comprendre l’évolution de la perception des couleurs par Pierre lors de sa plongée.

document 1 Éclairement en fonction de la profondeur pour certaines couleurs

On mesure l’éclairement reçu par un capteur placé à différentes profondeurs pour trois longueurs d’onde.

Pour chaque longueur d’onde, on détermine à différentes profondeurs le rapport (exprimé en %) de la mesure d’éclairement sur la mesure obtenue en surface.

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Aide à la lecture du graphique : pour la couleur verte de longueur d’onde 550 nm, à 10 m de profondeur, le capteur reçoit 60 % de la lumière arrivant à la surface.

document 2 Sensibilité des photorécepteurs rétiniens

Pour différentes longueurs d’onde, chaque type de photorécepteur a été soumis à une intensité lumineuse (mesurée en lux) croissante. Le graphique ci-après représente l’intensité lumineuse minimale à partir de laquelle le photorécepteur réagit.

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Aide à la lecture du graphique : pour une longueur d’onde de 550 nm, le photorécepteur C3 réagit pour une intensité lumineuse supérieure à 103 lux.

Dans les conditions de sa plongée, Pierre reçoit une lumière d’intensité de :

104 lux à 30 m de profondeur ;

102 lux à 60 m de profondeur.

document 3 Le cercle chromatique

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Lors de son entraînement à 60 m de profondeur, Pierre pêche un poisson qui lui semble gris. Lors de sa remontée, il constate que le poisson lui apparaît de couleur bleue à la profondeur de 30 m alors qu’il est de couleur magenta à la surface.

Expliquez l’évolution de la perception des couleurs du poisson par Pierre au cours de sa plongée.

Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires).

Les clés du sujet

Interpréter la question

La lumière est à la base de la vision des objets et de leurs couleurs. Les objets changent de couleur en fonction des longueurs d’onde de la lumière reçue ; il est donc nécessaire de maîtriser le cours sur la synthèse soustractive.

Vous devez expliquer ici pourquoi la couleur d’un poisson pêché en profondeur change lorsque le plongeur remonte peu à peu à la surface. Il faut mettre en relation ces informations avec l’évolution de la sensibilité des photorécepteurs de l’œil lorsqu’une personne plonge à des profondeurs différentes.

Comprendre les documents

Le document 1 permet de connaître le pourcentage des radiations vertes, rouges et bleues arrivant à des profondeurs allant de 1 m à 60 m.

Le document 2 indique de quelle façon varie la sensibilité des photorécepteurs de l’œil en fonction de l’intensité lumineuse. Ce document ne contient pas seulement un graphique ; il faut utiliser toutes les informations qu’il nous apporte.

Le document 3 présente le cercle chromatique que vous avez étudié en classe. Vous devez l’utiliser pour expliquer les couleurs perçues par Pierre en fonction de la profondeur. Les profondeurs auxquelles il faut s’intéresser sont décrites dans l’introduction.

Organiser la réponse

Vous pouvez expliquer les couleurs prises par le poisson au fur et à mesure de la remontée du plongeur à la surface. Vous pouvez aussi partir de la couleur du poisson à la surface et expliquer pourquoi elle change lorsqu’il se trouve à d’autres profondeurs. Il y a plusieurs façons d’organiser votre réponse, mais il est important de mettre en relation les trois composantes de la vision des couleurs pour expliquer la couleur du poisson à chaque palier de profondeur :

les radiations qui éclairent le poisson ;

les radiations absorbées et diffusées par le poisson, lesquelles dépendent du point précédent ;

les radiations perçues par les photorécepteurs de l’œil, lesquelles dépendent des composantes précédentes et de l’intensité lumineuse.

Utilisez bien les aides à la lecture des graphiques dont vous disposez.

Corrigé

Corrigé

Pierre pêche un poisson lors de son entraînement de plongée. En remontant à la surface, il constate que le poisson change de couleur. Nous remarquons trois étapes importantes à noter sur le déroulement de cette plongée.

Les faits

1. À la surface, le poisson est magenta : il est éclairé par de la lumière blanche, en plein jour. Les trois types de cônes sont actifs, ils sont responsables de la vision des couleurs.

2. À partir de 10 mètres de profondeur, et jusqu’à 30 mètres, tout apparaît bleu-vert à Pierre et le poisson paraît bleu. À 10 mètres de profondeur, 95 % des radiations bleues et 60 % des radiations vertes arrivent encore, mais toutes les radiations rouges ont disparu. À 30 mètres de profondeur, il reste 85 % de radiations bleues et seulement 10 % des radiations vertes. L’intensité lumineuse est d’au moins 104 lux : les trois types de cônes (C) et les bâtonnets (B) réagissent.

3. À 60 mètres de profondeur, le poisson est gris et difficile à percevoir. Près de 75 % des radiations bleues et 5 % des radiations vertes arrivent encore à cette profondeur. En revanche, l’intensité lumineuse n’est que de 100 lux, aucun cône n’est actif. Les bâtonnets sont actifs : ils détectent les radiations bleues, dont l’intensité est de 100 lux.

L’explication

1. La lumière blanche s’obtient par la superposition de trois radiations lumineuses rouges, bleues et vertes. Le poisson pêché apparaît magenta à la surface lorsqu’il est éclairé par la lumière blanche du Soleil (ensemble du spectre lumineux). La lecture du cercle chromatique nous permet d’affirmer que le poisson diffuse les radiations bleues et rouges et qu’il absorbe les vertes. Il apparaît magenta, résultat de la synthèse additive des radiations bleues et rouges.

2. Entre 10 et 30 mètres, Pierre a l’impression que le poisson est bleu. En effet, bien que la peau du poisson diffuse toujours des radiations bleues et rouges, à cette profondeur, les radiations rouges n’existent plus, car elles sont absorbées par l’eau. Plus la longueur d’onde est élevée, plus la couleur est absorbée rapidement, c’est pourquoi le rouge disparaît avant le vert et le bleu. À ces profondeurs, il reste entre 85 % et 95 % des radiations bleues et l’intensité lumineuse, égale ou supérieure à 104 lux, est suffisante pour faire réagir les cônes sensibles au bleu, essentiellement les cônes C1. Pour une intensité supérieure à 104 lux, c’est-à-dire à moins de 30 mètres de profondeur, les cônes C2 et C3 sont aussi stimulés par les longueurs d’onde bleues. Le cerveau reçoit un message qu’il interprète comme bleu.

3. À 60 mètres de profondeur, l’intensité lumineuse est trop faible pour faire réagir les cônes. Les bâtonnets détectent néanmoins les radiations bleues, encore très présentes et diffusées par la peau du poisson. Le poisson demeure donc visible, mais en nuances de gris, les bâtonnets ne permettant pas de discriminer les couleurs.

C’est donc par le mécanisme d’absorption et de diffusion de la lumière à des profondeurs différentes associé à la sensibilité des photorécepteurs que la magie des changements de couleurs devient science !