PARTIE I - CHAPITRE I
NOTIONS SUR LA LUMIERE

          Expliquer la gestion de la couleur sur la chaîne numérique sans comprendre ce que sont les particularités de la lumière, de la vision des couleurs et les bases de la colorimétrie, serait un handicap auquel nous serions rapidement confronté lors de nos explications.

Qu’est-ce-que la lumière?

          D’un point de vue historique, c’est au début des années 1800, que la Théorie de l’Emission a été mise en avant, notamment par Newton. L’explication simplifiée de cette théorie montre qu’un corps lumineux émet des particules immatérielles qui, au contact de la rétine de l’oeil humain, provoque une sensation visuelle. C’est Thomas Young (médecin et physicien anglais 1773-1829) qui considère le premier la lumière comme ayant une origine vibratoire, c’est à dire comme étant due à une propagation par des ondes. Augustin Fresnel (physicien français 1788-1827) met en évidence par la pratique cette théorie de la lumière ondulatoire quelques temps plus tard. En 1865, James-Clerk Maxwell (physicien anglais 1831-1879) montre que la lumière est un rayonnement électromagnétique. Cela équivaut à une propagation d’énergie issue des variations périodiques d’un champ électrique et magnétique.

          Vingt deux années plus tard, Heinrich Hertz (physicien allemand 1857-1894) concrétise les notions théoriques de Maxwell en produisant et détectant des ondes électro-




Figure 1 : Spectre électromagnétique.

magnétiques. Seules la présence d’ondes radios et la lumière visible sont alors démontrées à l’époque. Des ondes de fréquence et de longueurs d’ondes différentes


Le spectre dans un bureau à la lumière du jour, mais avec la réflection des murs, infrarouge etc.

 



Figure 2 : Spectre mixte issu d’une mesure d’un écran CRT.




Figure 3 : Spectre mixte issu d’une mesure de la source
fluorescente d’un scanner.


ont été mises en évidence depuis. Celles-ci se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière (300 000 m/s), et sont dues au mouvement de particules (photons).

          Pour caractériser un type de lumière, on représente des parties de chacune des longueurs d’ondes dans un diagramme. Ce diagramme est appelé spectre. La lumière du soleil a par exemple un spectre équilibré, toutes les longueurs d’ondes y sont présentes de la même manière. Dans la lumière d’une ampoule, les domaines rouges sont plus présents dans le spectre. C’est pourquoi cette lumière est aussi plus chaude. Dans la lumière colorée, il manque des parties de spectre. Dans la lumière rouge du feu tricolore, la partie du violet via vert jusqu’au jaune est manquante. Notre perception des couleurs dépend donc très précisément des spectres.

          Actuellement, le spectre électromagnétique est défini comme le montre le schéma ci-dessous. La pro-portion que tient la lumière visible sur le spectre est extrêmement réduite.

Les divers types de sources lumineuses

          Comme nous l’avons vu précédemment, les ondes électromagnétiques peuvent être définies par leur fré-quence et leur longueur d’onde. Le spectre visible est contenu entre les valeurs de longueurs d’ondes, exprimées en nanomètres (nm), se situant entre 380 et 780 nm. Nous verrons par la suite, quelle est la composition qualitative de ce spectre visible.

Les sources à spectre continu

          Les sources à spectre continu ont une émission de leur rayonnement électromagnétique qui s’étend sur un domaine de fréquence pratiquement continu sur l’ensemble du spectre des longueurs d’ondes (partie




Figure 4 : Spectre mixte issu d’une mesure d’une source
fluorescente de scanner à CCD


visible). Les sources thermiques, utilisant la chaleur pour exciter les électrons et fournir de l’énergie, sont les principales sources de cette famille.

Les sources à spectre discontinu

          Les sources à spectre discontinu ont une réparti-tion spectrale qui est déterminée par une suite discrète de longueurs d’ondes, que l’on appelle raies d’émission. La présence de trous indique l’endroit sur le spectre où il n’y a aucune émission d’énergie.

Les sources à spectre mixte

          Les sources à spectre mixte sont le résultat de la superposition d’un spectre continu avec un spectre discontinu.

Les sources à spectre de raies

          Les spectres de raies n’émettent que dans de rares longueurs d’ondes. C’est le cas, par exemple, des lasers.

Notion de corps noir et de température de couleur (TC)

          La température de couleur d’une source lumineuse est une notion qu’il faut bien comprendre avant d’aborder le phénomène de la perception des couleurs. Les objets éclairés sont fortement influencés par la nature de la lumière qui les entoure. La classification précédente des sources lumineuses est en partie expliquée par cette notion de température de couleur.

          Quand une pièce de métal est chauffée jusqu’à une certaine température, celle-ci voit sa couleur évoluer et changer au fur et à mesure qu’elle accumule de l’énergie. C’est Kelvin qui a eu l’idée de mesurer la lumière blanche en chauffant un objet métallique et en l’amenant du rouge jusqu’au bleu.

          Le corps noir est un objet creux possédant une cavité noire, ainsi qu’un orifice nécessaire pour pouvoir effectuer les mesures d’émission d’énergie. Ce corps noir est donc la référence, car il absorbe toutes les radiations incidentes et réémet l’énergie dans les mêmes propor-tions pour chacune des longueurs d’ondes. L’ensemble des autres sources est donc comparé à cette référence. Max Planck, physicien allemand, a mis en évidence ce phénomène en expliquant qu’un corps noir parfait émet un spectre dont la température en degré Kelvin est de l’ordre de 2856K. Il a mis au point une équation qui décrit l’énergie théorique maximale pouvant être émise pour n’importe quelle longueur d’onde, et à n’importe quelle température. Son spectre lumineux ne dépend que de la température. A partir de ces résultats obtenus pour un corps noir, chaque source thermique possède sa propre température de couleur. Les sources possédant une température de couleur dont la valeur est inférieure à 5500K ont un aspect jaunâtre, alors que celles possédant une TC supérieure ont un aspect bleuâtre. C’est ainsi qu’une lampe halogène (Cf. figure 2) possède une tem-pérature de couleur environ équivalente à 3400K, alors qu’un écran de télévision a, quant à lui, une TC avoisinant les 9000K. Ainsi, lorsque nous décidons de mesurer un




Figure 5 : Lieu des corps noir - Représentation dans un espace
bidimensionnel CIELUV.




Cette figure illustre le lieu du corps noir idéal, les droites d’isotempérature, et les écarts (delta uv par rapport au lieu du corps noir).
Par exemple, une source lumineuse de température de couleur de 5000K dont le delta uv est de -0,02 est plus rouge que la courbe 5000K +-0.


échantillon coloré, la nature de la source lumineuse doit être clairement définie et incluse dans le résultat final.

A titre d’exemples de TC de source, nous pouvons citer les suivants :

Bougie (1400K) - Soleil au coucher (2000K)
Lampe à incandescence 60W (2800K)
Lumière du jour (5500K) - Ciel couvert (6500-12000K)

Le lieu des corps noirs

          Nous pouvons représenter le lieu des corps noirs dans un espace colorimétrique CIE Yxy ou CIELUV (nous verrons plus en détail quelles sont les caractéristi-ques de ces espaces dans le chapitre suivant). Ces deux espaces sont les représentations des couleurs basées sur l’observateur standard. Nous pouvons ainsi faire correspondre une valeur de couleur à un corps noir dont la température est connue. Les données spectrales calculées par Planck peuvent être converties en coordonnées u’v’, et ainsi placées dans l’espace colorimétrique CIELUV, comme le montre le schéma ci-dessous.

          Les lignes d’ISO températures permettent de mettre en relation une couleur précise (déterminée par ses coordonnées issues de l’espace CIELUV , par exemple), et cette courbe des corps noirs.
Le graphique précédent montre comment trouver la température de couleur, en traçant une droite perpendi-culaire au lieu des corps noirs et passant par le point de coordonnées u’ et v’.

Les principaux illuminants

          Cette notion d’illuminant intervient au niveau de la science de la couleur appelée colorimétrie. Nous pouvons ainsi connaître la distribution spectrale d’un rayonnement d’une source lumineuse et nous en servir notamment pour les mesures de couleurs. Cette carac-téristique est appelé «Illuminant».




Une hiérarchie a été mise en place par la C.I.E. (Commis-sion Internationale de l’Eclairage), basée sur le rayonne-ment spectral de la source. Les principaux illuminants utilisés en colorimétrie sont les suivants :
Illuminant A (3.), représentatif des sources à incandes-cence (type tungstène) avec une température de couleur




corrélée de 2856K; utilisé pour mesurer des échantillons qui sont éclairés avec des lampes à incandescence.
Illuminant B représentatif de la lumière solaire à midi (TC 4870K), Illuminant C (2.) représentatif de la lumière du jour «moyenne» sans la zone des ultraviolets (TC 6774K), Illuminant D65 (1.) représentatif de la lumière du jour moyenne (comprenant la zone des ultraviolets) avec une température de couleur corrélée de 6504K.

Illuminants F représentatif des sources fluorescentes (exemples F2 (4.), F7 (5.) , F11 (6.) ,etc.).

          Après avoir mis en évidence les bases de la lumière et établi les notions élémentaires de température de couleur et d’illuminant, il nous faut maintenant aborder les caractéristiques de la vision des couleurs.

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