Physique-chimie · CAPCAP
La lumière et la vision : exercices corrigés de CAP
Publié le 9 novembre 2026 · Mis à jour le 9 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- Un capteur de lumière transforme la lumière reçue en signal mesurable ; la photodiode en est un, et elle est dite linéaire.2
- L'éclairement se mesure avec un luxmètre ; une photorésistance se caractérise avec un ohmmètre et une courbe d'étalonnage.1
- De jour, l'œil distingue les couleurs ; avec peu de lumière, il ne perçoit plus que des gris.3
- Un capteur d'image combine microlentilles, filtre de Bayer rouge-vert-bleu et photodiodes.2
Comment utiliser ces exercices
Ces exercices suivent le chapitre « Signaux ». Ils partent des appareils et des capteurs que tu rencontres en atelier, puis passent à l'œil humain. La difficulté monte peu à peu : commence par le premier et avance dans l'ordre. Cherche seul avant d'ouvrir les indices, puis compare ta réponse à la correction étape par étape.
Pour aller plus loin après les exercices
Les exercices
Exercice 1 Reconnaître un capteur de lumière
Parmi les composants suivants, indique ceux qui servent de capteur de lumière : une photodiode ; un haut-parleur ; une photorésistance ; une ampoule ; un luxmètre.
Puis recopie et complète : « La photodiode transforme la lumière reçue en un ........ ».
Indice 1
Un capteur reçoit une grandeur physique et la traduit en un signal.
Indice 2
Une ampoule et un haut-parleur émettent : ils ne reçoivent pas.
Voir la correction pas à pas
On cherche les composants qui reçoivent de la lumière et la mesurent ou la convertissent.
La photodiode est un capteur de lumière.2
La photorésistance se place aussi dans cette catégorie : on la caractérise en la soumettant à une source de lumière variable.1
Le luxmètre mesure l'éclairement : c'est un appareil de mesure de la lumière reçue.1
Le haut-parleur (il émet du son) et l'ampoule (elle émet de la lumière) ne sont pas des capteurs de lumière.
Complément : la photodiode transforme la lumière reçue en un signal électrique.
Un capteur de lumière reçoit la lumière et fournit un signal ; une ampoule, elle, émet.
Exercice 2 Convertir une longueur d'onde
Le jour, l'œil humain est le plus sensible vers 550 nm.3
Exprime cette longueur d'onde en micromètres (µm). On rappelle que 1 µm = 1000 nm.
Indice 1
Passer des nanomètres aux micromètres : on divise par 1000.
Voir la correction pas à pas
On repère la donnée : 550 nm, avec 1 µm = 1000 nm.
Un micromètre est plus grand qu'un nanomètre : le nombre en micromètres sera plus petit.
On calcule : 550 ÷ 1000 = 0,55.
On écrit la réponse : 550 nm = 0,55 µm.
550 nm correspondent à 0,55 µm, soit un peu plus d'un demi-micromètre.
Exercice 3 Comparer jour et pénombre
La sensibilité de l'œil est maximale vers 550 nm quand il y a beaucoup de lumière (vision de jour) et vers 510 nm quand la lumière est faible.3
De combien de nanomètres le maximum se déplace-t-il quand on passe de la vision de jour à la vision en lumière faible ?
Indice 1
Fais la différence entre les deux valeurs.
Indice 2
On demande un écart : on soustrait la plus petite valeur à la plus grande.
Voir la correction pas à pas
On relève les deux valeurs : 550 nm (jour) et 510 nm (lumière faible).
On cherche l'écart : on soustrait la plus petite à la plus grande.
On calcule : 550 − 510 = 40.
On répond : le maximum de sensibilité se déplace de 40 nm.
L'écart est de 40 nm : le maximum de sensibilité change selon la quantité de lumière.
Exercice 4 Lire une courbe d'étalonnage
En atelier, on étudie une photorésistance avec un ohmmètre et un luxmètre, en faisant varier la distance d'une source de lumière.1 Un élève relève deux points de sa courbe d'étalonnage (valeurs fictives) :
| Éclairement (lx) | Résistance (Ω) |
|---|---|
| 200 | 4000 |
| 400 | 2000 |
Le professeur mesure ensuite une résistance de 3000 Ω. On suppose que la courbe est une droite entre les deux points relevés.
Quel éclairement correspond à cette mesure ?
Indice 1
3000 Ω se trouve exactement au milieu entre 4000 Ω et 2000 Ω.
Indice 2
Si la courbe est une droite, l'éclairement est alors lui aussi au milieu entre 200 lx et 400 lx.
Voir la correction pas à pas
On place les deux points : (200 lx ; 4000 Ω) et (400 lx ; 2000 Ω).
On compare 3000 Ω aux deux extrémités : (4000 + 2000) ÷ 2 = 3000, donc 3000 Ω est le milieu.
Sur une droite, le milieu des résistances correspond au milieu des éclairements.
On calcule : (200 + 400) ÷ 2 = 300.
On conclut : la résistance de 3000 Ω correspond à un éclairement de 300 lx.
L'éclairement est de 300 lx. Lire une valeur sur une courbe d'étalonnage, c'est retrouver la grandeur à mesurer à partir de ce que l'appareil indique.
Exercice 5 Signal d'une photodiode
La photodiode est un capteur de lumière linéaire.2 Ici, on suppose que la tension fournie par le montage de mesure de la photodiode est proportionnelle à l'éclairement reçu.
Sous 200 lx, une photodiode donne 0,8 V. Quelle tension donnera-t-elle sous 500 lx ?
Indice 1
Proportionnel : le rapport tension ÷ éclairement ne change pas.
Indice 2
Calcule d'abord la tension par lux.
Voir la correction pas à pas
On écrit le rapport connu : 0,8 V pour 200 lx.
On cherche la tension pour 1 lx : 0,8 ÷ 200 = 0,004 V.
On multiplie par le nouvel éclairement : 0,004 × 500 = 2,0.
On vérifie : 500 lx est 2,5 fois plus que 200 lx, et 0,8 × 2,5 = 2,0 V.
On répond : la tension sera de 2,0 V.
La photodiode donnera 2,0 V. La linéarité permet de passer d'une mesure à l'autre par un simple produit en croix.
Exercice 6 Du capteur d'image à la photo en couleurs
Un capteur d'image d'appareil photo contient des microlentilles, un filtre de Bayer et des photodiodes.2
- Remets dans l'ordre le trajet de la lumière : photodiodes ; filtre de Bayer ; microlentilles.
- Donne le rôle de chaque élément.
- Que signifient les lettres RVB ?
Indice 1
La lumière arrive d'abord à l'avant du capteur et finit sur les éléments qui mesurent.
Indice 2
Le filtre de Bayer travaille sur les couleurs.
Voir la correction pas à pas
Les microlentilles sont à l'entrée : elles guident la lumière vers les récepteurs.2
Le filtre de Bayer vient ensuite : il sépare la lumière en composantes rouge, verte et bleue.2
Les photodiodes sont en dernier : elles transforment la lumière en signal.2
Ordre : microlentilles → filtre de Bayer → photodiodes.
RVB signifie rouge, vert, bleu, les trois composantes de couleur du filtre.
Le capteur n'enregistre pas « une couleur » d'un coup : il mesure séparément le rouge, le vert et le bleu, que l'appareil recombine ensuite.
Exercice 7 Organiser une mesure en atelier
On veut tracer la courbe d'étalonnage d'une photorésistance. Le matériel : une photorésistance, un ohmmètre, un luxmètre, une source de lumière que l'on peut éloigner.1
- Quelle grandeur mesure chaque appareil ?
- Propose les étapes de l'expérience, dans l'ordre.
- Pourquoi faut-il plusieurs mesures et pas une seule ?
Indice 1
On part avec la source proche, puis on l'éloigne progressivement.
Indice 2
Chaque position de la source donne un couple de valeurs.
Voir la correction pas à pas
L'ohmmètre mesure la résistance de la photorésistance, en ohms (Ω) ; le luxmètre mesure l'éclairement, en lux (lx).1
Étape 1 : brancher la photorésistance à l'ohmmètre et placer le capteur du luxmètre à côté.
Étape 2 : allumer la source proche de la photorésistance et noter les deux valeurs.
Étape 3 : éloigner la source par petits pas, en notant à chaque fois résistance et éclairement.1
Étape 4 : placer les points dans un graphique et les relier pour obtenir la courbe.
Une seule mesure donne un seul point : il en faut plusieurs pour voir comment la résistance évolue selon l'éclairement et pouvoir lire des valeurs entre les points.
Une courbe d'étalonnage se construit point par point, en faisant varier l'éclairement et en notant les deux grandeurs en même temps.
Exercice 8 Pourquoi les couleurs disparaissent-elles la nuit ?
Dans une pièce très peu éclairée, Inès ne reconnaît plus la couleur de son pull : tout lui paraît gris.
Explique ce phénomène en utilisant les mots éclairement, fovéa et vision des couleurs.
Indice 1
Les couleurs ne sont perçues qu'avec un éclairement suffisant.
Indice 2
Pense à la partie centrale de la rétine.
Voir la correction pas à pas
Quand l'éclairement est faible, l'œil ne perçoit que l'intensité de la lumière : la vision est en noir, blanc et gris.3
À un éclairement suffisant (vision de jour), la fovéa, partie centrale de la rétine, analyse le spectre en trois bandes.3
Cette analyse en trois bandes permet la vision des couleurs.3
Dans la pièce sombre, l'éclairement est trop faible pour cela : Inès ne distingue plus que des gris.
Le pull n'a pas changé : c'est la perception qui change avec la lumière.
Sans assez de lumière, l'œil ne perçoit plus que l'intensité : la couleur du pull n'est plus perçue, mais le pull n'a pas changé de couleur.
Exercice 9 Compter les pixels d'un capteur
Un capteur d'image rectangulaire est organisé en 4000 colonnes et 3000 lignes de points de mesure (valeurs fictives). Chaque point est surmonté d'une microlentille qui guide la lumière vers le récepteur.2
Combien de points de mesure ce capteur contient-il ? Donne le résultat en millions.
Indice 1
Le nombre total de points d'une grille est colonnes × lignes.
Indice 2
1 million = 1 000 000.
Voir la correction pas à pas
On repère les données : 4000 colonnes et 3000 lignes.
On multiplie : 4000 × 3000 = 12 000 000.
On convertit : 12 000 000 = 12 millions.
On vérifie l'ordre de grandeur : 4 × 3 = 12, puis on ajoute les six zéros (trois + trois).
Ce capteur compte 12 000 000 points de mesure, soit 12 millions de points.
Exercice 10 Une idée ancienne sur la vision
Chez les philosophes de la Grèce antique, la théorie de l'extramission imaginait que des rayons sortent de l'œil pour « toucher » les objets.3
- Cette idée correspond-elle à la façon dont fonctionne un capteur de lumière comme la photodiode ?
- Quelle expérience simple de la vie courante montre que l'œil ne fonctionne pas ainsi ?
Indice 1
Une photodiode reçoit de la lumière, elle n'en envoie pas.
Indice 2
Pense à ce qui se passe dans une pièce complètement noire.
Voir la correction pas à pas
Selon l'extramission, l'œil serait l'origine des rayons.3
Une photodiode, elle, est un capteur : elle réagit à la lumière qu'elle reçoit.2
Les deux idées sont donc opposées : émission depuis l'œil contre réception de lumière.
Dans une pièce complètement noire, tu ne vois rien, même en ouvrant grand les yeux : sans lumière arrivant à l'œil, il n'y a pas de vision.
L'œil a donc besoin de lumière venue de l'extérieur, comme un capteur.
La vision dépend de la lumière reçue par l'œil : l'idée d'un rayon sortant ne résiste pas à l'expérience de l'obscurité.
Les questions qu'on se pose
Quelle différence entre éclairement et résistance dans l'étalonnage d'une photorésistance ?
L'éclairement est la quantité de lumière reçue, lue sur un luxmètre. La résistance est la valeur électrique de la photorésistance, lue sur un ohmmètre.1 La courbe d'étalonnage relie les deux : à partir de la résistance, on retrouve l'éclairement.
Faut-il toujours convertir les unités avant de calculer ?
Oui, c'est le réflexe le plus sûr. Si l'énoncé donne des nanomètres et demande des micromètres, divise par 1000 avant d'aller plus loin. Une unité oubliée est l'erreur la plus courante sur ce type d'exercice.
Sources
- Ressources Éduscol - CAP Physique-chimie (Optique et signaux), Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
- Ressources pédagogiques Éduscol - Chapitre Signaux, Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
- Lumière, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.
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