Le diaphragme est un orifice généralement réglable utilisé pour limiter le diamètre du faisceau lumineux qui traverse l'objectif d'un appareil photographique. En l'ouvrant ou en le fermant plus ou moins, on influe considérablement sur la formation des images qui seront enregistrées lors d'une prise de vues.
Différents types de diaphragmes.
De nombreux dispositifs ont été utilisés au fil du temps ; par exemple, on a pu se servir d'un jeu de plaques percées interchangeables ou de systèmes rotatifs ou coulissants permettant d'amener en bonne place des ouvertures de diamètres différents. Ces dispositifs, jadis courants sur les chambres photographiques de grand format, nécessitaient beaucoup de manipulations fastidieuses ; ils sont aujourd'hui remplacés par d'autres mécanismes mieux adaptés aux appareils modernes.
À la grande époque de la photographie argentique, certains appareils de bas de gamme possédaient d'ailleurs un diaphragme fixe. D'autres, un peu plus évolués, pouvaient fonctionner avec leur objectif complètement ouvert ou partiellement « diaphragmé », grâce à une pièce interne en forme de rondelle qui pouvait être mise en place ou retirée selon les circonstances ; on disposait alors de deux possibilités correspondant, par exemple, au plein soleil ou au temps couvert. Cependant, tous les appareils un tant soit peu sérieux ont été dotés depuis longtemps d'objectifs comportant un diaphragme à iris, mécanisme certes plus compliqué mais dont l'ouverture peut varier de façon continue grâce à une bague actionnée à la main ou aux automatismes intégrés aux appareils.
Pour des raisons qui seront exposées plus tard, l'ouverture généralement considérée comme idéale a une forme parfaitement circulaire. Pour s'en rapprocher, il faut multiplier le nombre des lamelles. Les objectifs d'entrée de gamme n'en possèdent généralement que 5, ce qui donne une ouverture nettement pentagonale, avec des angles d'autant plus marqués que l'iris est plus fermé. Les objectifs de meilleure qualité en ont davantage, 7, 9, ou plus.
L'ouverture relative.
En pratique, l'ouverture du diaphragme est caractérisée par un nombre obtenu en divisant la distance focale de l'objectif par le diamètre du faisceau lumineux qui entre dans l'objectif. Ce diamètre peut être quelque peu différent de celui de l'ouverture réelle. On parle alors d'ouverture relative. Toutes choses égales par ailleurs, deux objectifs de focales différentes réglés pour obtenir la même ouverture relative fourniront deux images de même luminosité.
formula_1
Ainsi, une ouverture relative égale à 1 correspond à un diamètre de faisceau lumineux égal à la focale, mais cette valeur n'est obtenue que par un très petit nombre d'objectifs à la fois très complexes et très chers. Avec un objectif de distance focale 100 mm et un diamètre de faisceau lumineux de 12,5 mm, on obtient une ouverture relative égale à 8. Toujours pour des raisons pratiques, les valeurs des ouvertures affichées ont été normalisées. En passant d'une valeur à la suivante, la surface de l'orifice est divisée par 2, on dit alors dans le jargon spécifique aux photographes que "l'objectif a été fermé d'un diaphragme". Si l'on part de 1, on obtient alors la série suivante, qui forme une progression géométrique de raison racine de deux :
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Plutôt que d'ouverture relative, on devrait d'ailleurs parler de fermeture relative car plus le nombre caractéristique est élevé, plus le diaphragme est fermé.
Bien souvent, la construction des objectifs est telle que leur ouverture maximale se situe en-dehors de la gamme de valeurs normalisée on trouve par exemple 1,2, 1,8 comme dans l'exemple ci-dessus, 3,5, 6,3, etc. Il faut aussi noter que les téléobjectifs catadioptriques (à miroirs) ne possèdent pas de diaphragme, leur ouverture est fixe et définie par construction.
La présélection du diaphragme.
Il va de soi qu'un diaphragme très fermé laisse passer peu de lumière. Dans un appareil reflex, la visée se fait à travers l'objectif de prise de vue ; elle devient très difficile lorsque l'image perçue devient très sombre et la mise au point manuelle perd beaucoup de sa précision. De même, les automatismes qui assurent la mesure de la lumière et la mise au point autofocus sont mis en difficulté. On s'arrange donc pour que ces opérations de mesure et de mise au point se fassent à pleine ouverture, le diaphragme se fermant une fraction de seconde avant la prise de vue pour atteindre une valeur définie préalablement. C'est ce que l'on appelle la "présélection du diaphragme", même si parler de "présélection de l'ouverture" serait plus juste. Une fois que la photographie a été prise, le diaphragme s'ouvre à nouveau en grand et le cycle recommence.
Le diaphragme et la profondeur de champ.
Cette question est si importante qu'elle fait l'objet d'un long chapitre dans le présent livre. Nous nous contenterons donc ici de l'essentiel.
Contrairement à une idée reçue particulièrement tenace, la principale fonction du diaphragme n'est nullement de régler le flux lumineux qui pénètre dans l'appareil, sauf dans le cas des appareils argentiques de pacotille et des téléphones mobiles de bas de gamme. La principale fonction du diaphragme est en effet de réguler la netteté des images lorsque le sujet comporte des éléments plus ou moins éloignés du point de vue où l'on a placé l'appareil. Lorsque la mise au point est faite sur une certaine distance, par exemple 3 m, seuls les éléments qui se trouvent à cette distance peuvent donner des images de la meilleure netteté possible. En pratique, en raison des faiblesses de notre propre perception visuelle, nous percevons comme nettes les images de points qui se trouvent un peu en avant ou un peu en arrière du plan de netteté théorique. Il s'ensuit que la zone de netteté n'est plus limitée à un plan, mais qu'elle s'étend à un volume situé pour partie en avant du plan de mise au point et en partie, en arrière de ce plan. Cette étendue correspond à ce que l'on appelle la profondeur de champ.
Il faut retenir que l'étendue de cette zone de netteté est d'autant plus grande que le diaphragme est plus fermé. Voici par exemple deux photographies de narcisses prises exactement du même point, avec le même appareil et le même objectif ; elles montrent bien que le degré de flou peut varier considérablement selon les conditions de prise de vue (ouverture f/32 pour celle de gauche, f/5 pour celle de droite).
Les spécialistes de photographie documentaire rechercheront souvent une profondeur de champ maximale de façon à obtenir une image où tous les éléments de leur sujet seront nets : les pattes et les antennes d'un insecte, les lamelles d'un champignon, les pétales d'une fleur, etc. Au contraire, les amateurs de portraits et bien d'autres chercheront à limiter la profondeur de champ à une portion bien choisie de l'image, de façon à mieux mettre leur sujet en valeur.
En avançant ou en reculant l'objectif par rapport au boîtier, ou dans certains cas en déplaçant une ou plusieurs lentilles à l'intérieur de l'objectif, on détermine le plan de netteté maximale. En choisissant une ouverture relative plus ou moins grande, on détermine la profondeur de la zone de netteté. Le diaphragme apparaît alors comme l'un des deux dispositifs de mise au point disponibles sur un appareil photographique, mais un dispositif qui a l'inconvénient d'arrêter beaucoup de lumière lorsqu'on le ferme !
Remarques diverses.
Des quantités astronomiques de photos sont ratées chaque jour par méconnaissance de la fonction réelle du diaphragme !
Le testeur de profondeur de champ.
Tous les appareils reflex sérieux possèdent un dispositif mécanique ou électrique, hélas pas toujours très bien conçu, qui permet d'évaluer la qualité de la future image en fermant manuellement le diaphragme à la valeur présélectionnée. Il ne faut jamais oublier que la visée se fait à pleine ouverture, donc avec une profondeur de champ très réduite qui rend très flous, voire invisibles, certains éléments indésirables de la scène photographiée ; les grillages des jardins zoologiques en sont un bel exemple. Au moment de la prise de vue, le diaphragme se ferme et la profondeur de champ augmente, de sorte que ces éléments, surtout s'ils sont de teintes claires, engendrent des images identifiables qui viennent perturber la vision.
En fermant le diaphragme à l'aide du testeur, il devient très difficile d'évaluer la profondeur de champ car l'image devient très sombre, en revanche on voit très bien réapparaitre les éléments indésirables ; il faut ensuite trouver les moyens de les éliminer du champ de vision, souvent un ou deux pas de côté suffisent mais parfois c'est un peu plus compliqué !
Le diaphragme, la qualité des objectifs et la diffraction.
Utilisés à pleine ouverture, la plupart des objectifs présentent des défauts : netteté insuffisante des zones périphériques des images, notamment dans les angles, vignettage, aberrations diverses... Ces défauts sont généralement atténués, voire supprimés, quand on ferme le diaphragme d'un ou deux crans.
La diffraction est un phénomène qui altère la qualité des images lorsque la lumière qui les a formées a traversé un orifice de petit diamètre. C'est un phénomène physique qui tient à la nature même de la lumière, il est impossible de le supprimer. Il en résulte que tous les objectifs sans exception, y compris les tous meilleurs, voient leur qualité baisser lorsque le diaphragme est très fermé.
Avec un objectif moyen, il faut donc éviter les ouvertures extrêmes ; la meilleure qualité d'image est généralement obtenue vers le milieu de l'échelle des diaphragmes, soit aux environs de 5,6 à 8, par exemple, pour un objectif de distance focale 50 mm et dont l'ouverture peut varier de f/1,8 à f/22.
Les excellents objectifs donnent leur meilleure netteté dès leur pleine ouverture, ce sont eux qui permettent de jouer au mieux avec la profondeur de champ.
Il s'ensuit que selon un vieux proverbe, en diaphragmant, on améliore la qualité des objectifs moyens et on finit par dégrader celle des très bons.
Pour les culs de bouteille, heureusement de moins en moins nombreux sur le marché, tout espoir reste vain...
Le diaphragme et les autres paramètres qui déterminent l'exposition.
Il est facile de comprendre qu'en fermant le diaphragme, il faut compenser le manque de lumière en allongeant le temps de pose, en augmentant la sensibilité ou en utilisant une source de lumière additionnelle. En fonction des circonstances (sujet en mouvement rapide, recherche d'une finesse d'image extrême, scène trop éloignée pour être éclairée efficacement), il faut savoir composer avec l'adversité... ou renoncer à la prise de vue.
Inversement, un diaphragme ouvert à fond fait parfois entrer trop de lumière dans l'appareil. Plutôt que de le fermer au risque de trop augmenter la profondeur de champ, mieux vaut équiper l'objectif d'un filtre gris neutre qui se chargera d'absorber la lumière excédentaire.
Le diaphragme et le format de la surface sensible.
La profondeur de champ augmente très vite lorsque les dimensions de la surface sensible diminuent. Elle est énorme dans le cas des minuscules capteurs des téléphones mobiles qui ne laissent pratiquement aucune marge de manœuvre aux photographes. Inversement, les appareils reflex disposant d'un capteur de 24 x 36 mm permettent à peu près tous les ajustements lorsqu'ils sont confiés à un opérateur qui a tout compris et équipés d'un objectif aux caractéristiques musclées ; sinon, ce sont de très efficaces machines à produire des images floues. La situation est bien pire encore, évidemment, avec les chambres de grand format que nul ne peut utiliser convenablement sans un solide apprentissage.