# Photographie/Colorimétrie/Lumières blanches et lumières colorées

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## Lumières blanches

Nous qualifions de lumières blanches des rayonnements aussi divers que ceux du soleil, des arcs électriques, des flashes électroniques, des lampes à incandescence, des tubes fluorescents ou des diodes électroluminescentes « blanches ».
Indépendamment de l'éclairement plus ou moins fort qu'elles produisent, ces sources ont un point commun : elles émettent des rayonnements qui peuvent être continus ou non mais qui contiennent suffisamment de radiations appartenant au spectre visible pour nous permettre de distinguer ce que nous appelons la couleur des objets. Ces lumières dites « blanches » sont en fait diversement colorées. Si, venant de l'extérieur et habitués au rayonnement solaire, nous pénétrons dans une pièce éclairée par une ampoule électrique, cette lumière nous paraît jaune. Cependant, notre cerveau sait s'adapter et au bout de quelques minutes, nous cessons de percevoir cette dominante colorée grâce au phénomène d'accoutumance.
C'est Isaac Newton qui, le premier, a étudié la décomposition de la lumière blanche par un prisme. Inversement, à l'aide d'un disque tournant portant sept secteurs colorés en rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo, violet, il a réussi à reconstituer l'impression de lumière blanche grâce à la persistance des sensations lumineuses. Notons au passage que le fait de découper le spectre visible en sept parties est parfaitement arbitraire. Par la suite, Young et Maxwell purent à leur tour reconstituer l'impression de lumière blanche mais cette fois avec trois couleurs seulement, posant ainsi les bases de la trichromie.
Il est en effet possible, à l'aide de trois projecteurs d'intensités appropriées, de superposer sur un écran trois flux diversement colorés pour obtenir une impression de blanc, même s'il s'agit de trois rayonnements monochromatiques comme par exemple un rouge, un vert et un bleu de longueurs d'onde respectives 700, 546 et 436 nm. On peut aussi comparer à une lumière blanche donnée le rayonnement obtenu par superposition et obtenir une identité d'aspect rigoureuse en faisant varier les flux des trois sources monochromes. Cependant, comme nous le verrons, les objets éclairés par une vraie lumière blanche comportant toutes les radiations du spectre visible et une lumière blanche de synthèse trichrome pourront avoir des aspects colorés très différents.

## Sources de lumière blanche normalisées

Les mesures colorimétriques font intervenir des sources de lumière blanche ou illuminants et un récepteur sensible à la lumière, en principe l’œil, mais plus fréquemment des systèmes physiques dont la réponse spectrale est parfaitement connue. Un illuminant est en fait un modèle mathématique qui décrit la répartition spectrale d'une source donnée
Afin d'avoir des mesures fiables, il a fallu « standardiser » la réponse spectrale de l’œil, ce qui a conduit d'une part à définir un observateur moyen de référence et d'autre part à définir des sources de lumière blanche normalisées répondant tout aussi bien aux besoins de la photographie qu'à ceux de l'éclairage.
Les cabines à lumière utilisent des sources lumineuses capables de reproduire de façon standardisée la lumière des illuminants de référence. Elles permettent à des personnes différentes, situées en des lieux différents, de disposer de conditions d'éclairage identiques pour l'examen d'échantillons colorés. Elles sont utilisées dans de nombreux secteurs industriels où l'on a besoin de garantir l'uniformité et la qualité des couleurs : produits de beauté, produits alimentaires, chaussures, meubles, encres, maroquinerie, emballage, imprimerie, textile et bien entendu photographie.

### Étalon A (1931)

C'est la lumière émise par un radiateur intégral à la température de 2 854 K. En pratique on utilise une lampe à filament de tungstène et des filtres liquides de type Davis et Gibson qui corrigent le spectre émis. Le rayonnement de cette source peut être calculé à l'aide de la formule de Planck.

### Étalons B et C (1931)

Ces deux étalons sont aujourd'hui pratiquement abandonnés. À l'aide de la source A et de filtres liquides Davis et Gibson, on obtenait des températures de couleur de 4 874 et 6 774 K.

### Étalon D65 (1963)

Il simule la lumière naturelle du jour en zone tempérée. Sa température de couleur est de 6 500 K, plus exactement 6 504 K. Contrairement aux étalons précédents la source n'est pas normalisée et le rayonnement est donné sous forme de tables de valeurs numériques. La lumière peut toutefois être obtenue à l'aide de la source A et de filtres appropriés. Ce nouvel étalon est destiné à remplacer les lumières B et C ; en 1964 la CIE a publié des tables donnant, à partir de l'étalon D65, les caractéristiques de tous les rayonnements dont les températures de couleur sont comprises entre 4 000 et 25 000 K. Le rayonnement de l'étalon D65 est caractérisé par des bleus un peu moins accentués que les autres teintes. Il constitue un réglage standard dans l’industrie du cinéma et la production audiovisuelle.

### Lumière W

Elle correspond à un rayonnement énergétique uniforme dans tout le spectre visible et pour cette raison on l'appelle blanc d'égale énergie ou rayonnement équiénergétique. La lumière W comporte simultanément plus de rouge et de bleu que la lumière solaire et paraît de ce fait légèrement pourpre. On ne peut pas réaliser rigoureusement cette lumière théorique mais on peut s'en approcher suffisamment à l'aide de sources telles qu'un arc au xénon et de filtres appropriés.
Les courbes ci-dessous permettent de comparer les spectres énergétiques de ces divers illuminants :

## Lumières colorées

Il nous faut distinguer ici d'une part le rayonnement des émetteurs actifs de lumière, qui caractérise ces derniers, et le rayonnement renvoyé de façon passive par les objets éclairés.
Dire qu'un objet est rouge, vert, bleu... n'a de sens que si cet objet est éclairé en lumière blanche. En effet, un objet passif ne peut que transmettre ou réfléchir une partie plus ou moins importante de la lumière qu'il reçoit, avec ou sans diffusion. Le flux transmis ou renvoyé est toujours inférieur au flux incident, non seulement dans sa totalité mais aussi pour chaque longueur d'onde : en effet, il se produit toujours une certaine absorption.
Par exemple, une surface verte éclairée par un faisceau de lumière blanche renvoie les rayonnements verts et absorbe toutes les autres couleurs.

### La couleur d'un objet dépend de la source lumineuse qui l'éclaire

Éclairé par une source lumineuse quasi monochromatique telle qu'une lampe au sodium à basse pression, pour prendre un cas extrême, un objet quelconque ne pourra renvoyer qu'une partie de cette lumière monochromatique et prendra donc, plus ou moins assombrie, la couleur de la source.
Considérons, pour prendre un second exemple, un corps opaque absorbant le vert et diffusant le bleu et le rouge, c'est-à-dire un corps pourpre. Éclairons-le avec une lumière jaune non pas monochromatique, mais constituée de rouge et de vert. Ce corps ne pourra renvoyer que le rouge puisqu'il absorbe le vert et ne reçoit pas de bleu.
Troisième exemple plus curieux : un filtre Dyma au néodyme paraît brun-jaune clair par transparence. Or ce filtre transmet très bien le vert et le rouge mais absorbe presque complètement le jaune : de ce fait, il est presque opaque au rayonnement de la lampe au sodium, dont il a pourtant a peu près la couleur !

### La couleur d'un objet dépend du mode d'observation

Une mince feuille d'or est jaune par réflexion mais laisse filtrer un peu de lumière verte par transparence. Les milieux diffusants produisent fréquemment divers phénomènes colorés : de la fumée de tabac (non inhalée) diffuse préférentiellement les radiations bleues et transmet donc davantage de rouge. C'est ce que chacun peut constater facilement en observant une source à travers cette fumée. Un autre exemple classique se trouve dans le bleu du ciel, qui résulte de la diffusion sélective des radiations bleues par l’atmosphère.
Les très fines particules présentes dans la pierre d'opale ci-dessous diffusent sélectivement le bleu, ce qui lui donne sa couleur et son aspect caractéristiques. Par transparence en revanche, c'est la lumière jaune qui se trouve privilégiée.

### La couleur d'un objet dépend de l'observateur

On sait que la perception des couleurs peut être très variable d'un individu à l'autre, environ 10 % des hommes mais seulement 0,5 % des femmes présentent en effet des écarts importants par rapport à la moyenne. C'est pour cette raison que la Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) a défini un observateur moyen de référence.
Certaines anomalies telles que les dyschromatopsies (communément appelées de façon générique « daltonisme ») altèrent la vision des couleurs de façon légère ou complète, la forme la plus grave étant l'achromatopsie, ou absence totale de vision des couleurs.
Certaines maladies oculaires telles que la cataracte provoquent des altérations de la vision des couleurs. La diffusion de la lumière par le cristallin progressivement opacifié fait évoluer les couleurs vers le jaune-orangé. On connaît particulièrement le cas du peintre Claude Monet, obligé à la fin de sa vie d'étiqueter ses tubes de peinture et dont les œuvres tardives présentent une prédominance des tons rouges.
L'état de fatigue oculaire et dans une certaine mesure l'alimentation peuvent également provoquer des variations temporaires de la vision des couleurs.

### La couleur dépend du niveau général de luminosité et de l'angle de vision

On sait que notre rétine contient deux types de cellules : les bâtonnets permettent la vision des très faibles flux lumineux mais ne réagissent pas aux couleurs, tandis que les cônes grâce auxquels nous percevons les couleurs nécessitent une bonne luminosité.
Lorsque la lumière baisse, notre vision se fait de plus en plus grâce aux « bâtonnets » qui prennent le relais des « cônes ». Le maximum de sensibilité de nos yeux se décale du jaune vert vers le bleu-vert, tandis que la perception de rouge disparaît progressivement ; c'est le « phénomène de Purkinje ».
De même, la répartition des cellules visuelles sur la surface de la rétine est très loin d'être uniforme. La tache centrale ou fovea ne contient que des cônes, de sorte que sa vision devient quasi nulle lorsque la lumière est très faible. Loin du centre, il n'y a presque plus de cônes et la vision se fait essentiellement grâce aux bâtonnets, de sorte que la sensibilité « périphérique » au rouge devient très faible. Cette caractéristique peut avoir une certaine importance pour la vision d'une photo dans un contexte coloré et pour le choix ou l'appréciation d'un encadrement.

## La couleur d'un objet peut également dépendre des phénomènes de luminescence

De nombreux corps frappés par des rayonnements lumineux réémettent des radiations de longueurs d'onde plus grandes ; ce phénomène est décrit par la loi de Stokes. Une partie du rayonnement incident est absorbée et ces corps produisent alors des radiations qui ne se trouvaient pas dans le rayonnement incident.
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