Tutoriel 7 – Couleurs et photographies – page 1 : Lumière et couleur
Sommaire du 7e tutoriel
Qu’est-ce que la lumière et la couleur ?
Un peu d’histoire
L’explication scientifique de la couleur a débuté avec les découvertes de Newton au 17e siècle. Avec un prisme de verre, et d’une façon analogue à l’arc-en-ciel, il montre que la lumière blanche se décompose en rayons multicolores et peut se recomposer à nouveau en lumière blanche.
La décomposition de la lumière par le prisme laisse supposer qu’on va du rouge au violet en passant d’autres couleurs.
Le rouge et le violet ne se rejoignent pas. Pourtant, cela fait longtemps qu’on s’est aperçu qu’on pouvait passer d’une couleur à l’autre en continu, de façon circulaire. La notion de cercle chromatique existe depuis Newton.
Plus tard Thomas Young s’aperçoit que tous les rayons du spectre ne sont pas nécessaires pour reconstituer de la lumière blanche, mais que trois d’entre eux suffisent : le rouge, le vert et le bleu. Il fit l’hypothèse que la vision humaine utilise trois capteurs, rouge, vert et bleu (RVB) capables de réaliser la synthèse de toutes les autres couleurs.
Hypothèse confirmée plus tard par des expérimentations physiologiques sur l’œil. Dans la rétine se trouvent des cellules nerveuses photosensibles : trois types de cônes ayant une sensibilité plus grande à certaines radiations de longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm les bâtonnets, très sensibles permettant une vision nocturne.
C’est Maxwell qui découvre la nature électromagnétique de la lumière. Chaque « couleur pure » correspond à une onde électromagnétique d’une seule fréquence (dite monochromatique) et est interprétée par le cerveau comme étant une couleur particulière qu’on considère comme pure ou saturée.
En ce qui concerne la peinture ou les images imprimées, la synthèse des couleurs se fait de façon soustractive, car l’image n’est pas source de lumière et doit être éclairée par une lumière blanche pour être vue.
Les 3 couleurs complémentaires de la synthèse additive deviennent les couleurs primaires : le jaune, le magenta et le cyan. Trois tubes de peinture suffisent pour reproduire la majeure partie des couleurs.
Le mélange de ces trois couleurs donne du noir . L’absence de couleur donne du blanc. (en fait, la couleur du papier sur lequel on peint).
Un mélange de deux de ces couleurs donne une couleur complémentaire : rouge (magenta + jaune), vert (cyan + jaune) et bleu (magenta + cyan)
Ces 6 couleurs Rouge, Jaune, Vert, Cyan, Bleu et Magenta peuvent être considérées comme étant les couleurs fondamentales des photographes.
Synthèse additive et soustractive
La synthèse additive des couleurs est utilisée par les écrans de télévisions et les moniteurs d’ordinateurs. Cette technique consiste à produire de la lumière colorée, à partir de trois sources lumineuses de couleur primaire : le rouge, le vert et le bleu.
L’addition de ces trois couleurs donne du blanc. L’absence de couleur donne du noir.
Un mélange de deux de ces couleurs donne une couleur complémentaire : jaune (rouge + vert), magenta (rouge + bleu) et cyan (bleu + vert)
En faisant varier l’intensité de chacune de ces trois composantes, on arrive donc à reproduire la majeure partie des couleurs.
La vision des couleurs
La répartition des couleurs se fait-elle ?
Linéairement du rouge au violet comme le suggère la nature physique de la lumière.
Ou circulairement comme le suggèrent les peintres (et les photographes) ?
Il est remarquable de constater que parmi les 6 couleurs fondamentales citées plus haut, le magenta n’est pas présent dans le spectre des couleurs pures issu de la décomposition de la lumière par un prisme.
Newton avait voulu associer 7 couleurs fondamentales à l’arc-en-ciel, par similitude aux 7 notes de la gamme en musique.
En fait il serait plus exact de parler des 5 couleurs de l’arc-en-ciel ! Rouge, Jaune, Vert, Cyan et Bleu.
Le magenta n’est pas présent dans l’arc-en-ciel.
Spectre des couleurs
Si l’on isole par une fente fine une des couleurs issues de la décomposition de la lumière blanche par un prisme, on obtient une onde électromagnétique monochromatique, d’une seule fréquence ou d’une seule longueur d’onde.
Sur le plan physique, cette onde n’a pas de couleur, mais l’œil et le cerveau l’interprètent comme une couleur qui paraît particulièrement pure ou saturée. C’est la raison pour laquelle on associe abusivement longueur d’onde et couleur.
Dans la nature il n’y a pas de lumière monochromatique donnant une couleur très saturée, mais des mélanges de longueurs d’onde dans différentes proportions qui sont perçues par le cerveau comme une couleur particulière.
Cette répartition d’ondes de différentes fréquences, appelée spectre, est très riche en information. Les astrophysiciens en déduisent la composition des gaz à la surface du soleil et des étoiles.
À travers une fibre optique circule une lumière contenant l’information de millions de conversations téléphoniques et de centaines d’émissions de télévision.
De toutes ces informations potentielles, l’œil et le cerveau n’en retiennent que 3 : les niveaux des ondes dont les fréquences sont situées autour du rouge, du vert et du bleu.
C’est cette répartition relative qui est traduite par le cerveau comme une couleur.
Métamérisme :
Une conséquence très importante : une répartition différente d’intensités lumineuses en fonction de la longueur d’onde, appelée spectre, peut conduire à la perception à des couleurs identiques.
Ainsi la magnifique fleur jaune que nous avons prise en photos nous envoyait une lumière centrée sur les longueurs d’onde correspondantes au jaune. Mais nous regardons cette photo sur l’écran de l’ordinateur. Il renvoie un mélange de longueurs d’onde correspondant d’une part au rouge et d’autre part au vert.
Les spectres de la lumière émise par la fleur et celle émise par l’écran sont très différents ! Alors que les couleurs « vues » sont identiques. Plus exactement quasiment identiques, avec juste peut-être un léger manque de saturation sur l’écran. ( si bien sûr on a bien respecté toutes les règles de la colorimétrie, les couleurs vues seront effectivement très voisines )
Les deux couleurs sont dites métamères : deux lumières visibles dont le spectre physique est différent, mais que la vision humaine ne différencie pas. Heureusement, pour nous, photographes, que ce phénomène de métamérisme existe, car c’est sur ces principes que nous travaillons !
Un objet comme un citron par exemple n’a pas de couleur. Il émet un grand nombre de rayonnements d’amplitude différente selon les longueurs d’onde. Cet ensemble, appelé spectre, est interprété par l’œil et le cerveau comme une couleur.
Une preuve que le citron n’a pas de couleur propre : la lumière qu’il émet dépend de la nature de l’éclairage ! Ainsi, notre citron éclairé par une lumière rouge va le faire ressembler à une orange.
En fait la lumière émise par un objet dépend :
– d’une part de la composition spectrale de la lumière qui l’éclaire,
– d’autre part de la façon dont l’objet absorbe les différentes longueurs d’onde de la lumière qui l’éclaire.
Les lumières qui éclairent nos scènes photographiées se distinguent selon qu’elles sont froides (bleutées), neutres, ou chaudes (orangées). On les caractérise par leur température de couleur.
La température de couleur
Avant l’apparition des lampes fluo ou LED, les sources d’éclairage correspondaient à des éléments chauffés à haute température. Par exemple, la lumière du soleil provient de sa surface dont la température est de 6000°. La lumière d’une ampoule ancienne provient d’un filament de métal chauffé à 3000° par le passage d’un courant.
Selon sa température, tout corps, même non éclairé (et donc apparemment noir) émet un rayonnement électromagnétique. On parle alors de rayonnement de corps noir. Ainsi nous même, à 37°C, émettons de la lumière, pas dans le visible, mais dans l’infrarouge. C’est ainsi qu’on peut être observé la nuit par une caméra infrarouge.
Il faut atteindre des températures élevées pour que le rayonnement émis devienne visible. La répartition spectrale dépend de la température de la source de lumière. A 3000°K le maximum de rayonnement se situe pour les longueurs d’onde correspondantes au rouge. A 5000°K au jaune et à 7000°K au bleu. Voilà l’origine de la température de couleur qu’on est obligé de prendre en compte pour compenser l’influence de la source de lumière en photographie.
Avec les lumières des lampes fluorescentes ou LED, le phénomène physique qui permet l’émission de lumière n’est plus le même. On continue néanmoins à parler de température de couleur pour ces lampes (froides).
