Le spectre visible est la partie du spectre électromagnétique visible par l’œil humain. Le rayonnement électromagnétique dans cette gamme de longueurs d’onde est appelé lumière visible ou simplement lumière. Un oeil humain typique répondra aux longueurs d’onde d’environ 390 à 700 nm. En termes de fréquence, cela correspond à une bande au voisinage de 430-770 THz.

Cependant, le spectre ne contient pas toutes les couleurs que les yeux humains et le cerveau peuvent distinguer. Les couleurs non saturées telles que le rose, ou les variations violettes telles que le magenta, sont absentes, par exemple, parce qu’elles peuvent être faites seulement par un mélange de plusieurs longueurs d’onde. Les couleurs contenant une seule longueur d’onde sont également appelées couleurs pures ou couleurs spectrales.

Les longueurs d’onde visibles traversent la « fenêtre optique », la région du spectre électromagnétique qui permet aux longueurs d’onde de passer largement non atténuées à travers l’atmosphère terrestre. Un exemple de ce phénomène est que l’air propre diffuse la lumière bleue plus que les longueurs d’onde rouges, et donc le ciel de midi apparaît en bleu. La fenêtre optique est également appelée « fenêtre visible » car elle chevauche le spectre de la réponse visible humaine. La fenêtre proche infrarouge (NIR) se trouve juste hors de la vision humaine, ainsi que la fenêtre IR (MWIR) et la fenêtre Longue ou infrarouge (LWIR ou FIR), bien que d’autres animaux puissent les rencontrer.

Histoire
Au 13ème siècle, Roger Bacon a théorisé que les arcs-en-ciel ont été produits par un processus semblable au passage de la lumière à travers le verre ou le cristal.

Au 17ème siècle, Isaac Newton a découvert que les prismes pouvaient désassembler et réassembler la lumière blanche, et a décrit le phénomène dans son livre Opticks. Il a été le premier à utiliser le mot spectre (latin pour «apparence» ou «apparition») en ce sens imprimé en 1671 dans la description de ses expériences en optique. Newton On a observé que, lorsqu’un rayon de lumière étroit frappe la prisme d’un prisme de verre, il y en a une partie réfléchie et une partie du faisceau passe dans et à travers le verre, émergeant sous la forme de bandes de couleurs différentes. Newton la lumière supposée se compose de « corpuscules » (particules) de couleurs différentes, avec les différentes couleurs de la lumière se déplaçant à des vitesses différentes dans la matière transparente, la lumière rouge se déplaçant plus rapidement que le violet dans le verre. Le résultat est que la lumière rouge est pliée (réfractée) moins fortement que le violet lorsqu’elle passe à travers le prisme, créant un spectre de couleurs.

Newton divisé le spectre en sept couleurs nommées: rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Il a choisi sept couleurs à partir d’une croyance, dérivée des sophistes grecs anciens, d’un lien entre les couleurs, les notes de musique, les objets connus dans le système solaire, et les jours de la semaine. L’œil humain est relativement insensible aux fréquences de l’indigo, et certaines personnes qui ont une vision par ailleurs bonne ne peuvent pas distinguer l’indigo du bleu et du violet. Pour cette raison, certains commentateurs postérieurs, y compris Isaac Asimov, ont suggéré que l’indigo ne devrait pas être considéré comme une couleur à part entière, mais simplement comme une nuance de bleu ou de violet. Cependant, les éléments de preuve indiquent que Newton signifié par « indigo » et « bleu » ne correspond pas aux significations modernes de ces mots de couleur. La comparaison de l’observation de Newton des couleurs prismatiques à une image en couleur du spectre de la lumière visible montre que «l’indigo» correspond à ce que l’on appelle aujourd’hui le bleu, alors que le «bleu» correspond au cyan.

Au 18ème siècle, Goethe a écrit sur les spectres optiques dans sa théorie des couleurs. Goethe a utilisé le mot spectre (Spektrum) pour désigner une rémanence optique fantomatique, tout comme Schopenhauer dans On Vision and Colors. Goethe a soutenu que le spectre continu était un phénomène composé. Où Newton rétréci le faisceau de lumière pour isoler le phénomène, Goethe a observé qu’une ouverture plus large ne produit pas un spectre mais plutôt des bords rouge-jaune et bleu-cyan avec du blanc entre eux. Le spectre n’apparaît que lorsque ces bords sont suffisamment proches pour se chevaucher.

Au début du 19ème siècle, le concept du spectre visible est devenu plus précis, car la lumière en dehors du visible a été découverte et caractérisée par William Herschel (infrarouge) et Johann Wilhelm Ritter (ultraviolet), Thomas Young, Thomas Johann Seebeck et d’autres. Young fut le premier à mesurer les longueurs d’onde de différentes couleurs de lumière, en 1802.

Le lien entre le spectre visible et la vision des couleurs a été étudié par Thomas Young et Hermann von Helmholtz au début du XIXe siècle. Leur théorie de la vision des couleurs a correctement proposé que l’oeil utilise trois récepteurs distincts pour percevoir la couleur.

Vision de la couleur des animaux
De nombreuses espèces peuvent voir la lumière à l’intérieur de fréquences situées en dehors du «spectre visible» humain. Les abeilles et de nombreux autres insectes peuvent détecter la lumière ultraviolette, ce qui les aide à trouver du nectar dans les fleurs. Les espèces végétales qui dépendent de la pollinisation par les insectes peuvent devoir leur succès reproductif à leur apparition dans la lumière ultraviolette plutôt qu’à la façon dont elles apparaissent colorées aux humains. Les oiseaux, eux aussi, peuvent voir dans l’ultraviolet (300-400 nm), et certains ont des marques dépendantes du sexe sur leur plumage qui ne sont visibles que dans l’ultraviolet. Cependant, beaucoup d’animaux qui peuvent voir dans la gamme des ultraviolets ne peuvent pas voir la lumière rouge ou d’autres longueurs d’onde rougeâtres. Le spectre visible des abeilles se termine à environ 590 nm, juste avant le début des longueurs d’onde orange. Les oiseaux, cependant, peuvent voir des longueurs d’onde rouges, mais pas aussi loin dans le spectre de la lumière que les humains. La croyance populaire que le poisson rouge commun est le seul animal qui peut voir à la fois la lumière infrarouge et ultraviolette est incorrect, car le poisson rouge ne peut pas voir la lumière infrarouge. De même, on pense souvent que les chiens sont daltoniens, mais on a montré qu’ils étaient sensibles aux couleurs, mais pas autant que les humains.

Couleurs spectrales
Les couleurs qui peuvent être produites par la lumière visible d’une bande étroite de longueurs d’onde (lumière monochromatique) sont appelées couleurs spectrales pures. Les différentes gammes de couleurs indiquées dans l’illustration sont approximatives: Le spectre est continu, sans limites claires entre une couleur et la suivante.

Spectroscopie
La spectroscopie est l’étude d’objets basés sur le spectre de couleur qu’ils émettent, absorbent ou réfléchissent. La spectroscopie est un outil d’investigation important en astronomie, où les scientifiques l’utilisent pour analyser les propriétés des objets éloignés. Typiquement, la spectroscopie astronomique utilise des réseaux de diffraction à haute dispersion pour observer les spectres à des résolutions spectrales très élevées. L’hélium a d’abord été détecté par l’analyse du spectre du soleil. Des éléments chimiques peuvent être détectés dans des objets astronomiques par des lignes d’émission et des lignes d’absorption.

Le décalage des raies spectrales peut être utilisé pour mesurer le décalage Doppler (décalage rouge ou décalage bleu) des objets distants.

Spectre d’affichage couleur
Les écrans couleur (par exemple les moniteurs d’ordinateur et les téléviseurs) ne peuvent pas reproduire toutes les couleurs visibles par un œil humain. Les couleurs en dehors de la gamme de couleurs de l’appareil, comme la plupart des couleurs spectrales, ne peuvent être approximées. Pour la reproduction de couleur précise, un spectre peut être projeté sur un champ gris uniforme. Les couleurs mixtes résultantes peuvent avoir toutes leurs coordonnées R, G, B non négatives, et peuvent donc être reproduites sans distorsion. Ceci simule avec précision un spectre sur un fond gris.