Photographe, le plus beau métier du monde !
 
 
Accueil | Pages techniques
 
 
La lumière
 
Aspect qualitatif de la lumière
 
 

La lumière naturelle ou celle émise par les sources artificielles utilisées en studio est en réalité une lumière complexe constituée de nombreuses lumières simples (monochromatiques) dont la distribution est très variable. Peu importante en photographie noir et blanc, la composition ou qualité de la lumière doit au contraire, en photographie couleur, être parfaitement adaptée au type de film. C'est pourquoi il faut la caractériser avant de la mesurer pour enfin la corriger si cela est nécessaire.


Le spectre électromagnétique

On sait que, dans le vide, toute radiation électromagnétique se propage en ligne droite à une même vitesse approchant 300 000 km/s. Rappelons aussi que les radiations électromagnétiques, caractérisées par leur longueur d'onde, se succèdent de façon ininterrompue pour former un spectre très étendu. Nous le voyons au tableau 1 où la longueur d'onde est exprimée en nanomètres (1000 nanomètres = 1 micromètre).

 
Répartition des radiadions selon la longueur d'onde (nm)
Rayons gamma
< 0,005
Rayons X
0,005 à 10
Rayons ultraviolets
10 à 400
Radiations visibles (exemple : celles du spectre solaire)
400 à 700
Rayons infrarouges
700 à 1 000 000
Ondes radioélectriques
> 1 000 000
 
Tableau 1 : On remarque que la majeure partie du spectre concerne les radiations électromagnétiques invisibles.
 
 

Les limites spectrales de la vision humaine - Bande visible

Quiconque peut facilement répéter l'expérience du physicien anglais Newton sur la décomposition de la lumière blanche au moyen d'un prisme. Ainsi étalée, l'infime bande visible du spectre électromagnétique révèle une multitude de couleurs caractérisées chacune par une longueur d'onde invariable. Conventionnellement, on distingue sept couleurs principales (celles de l'arc-en-ciel). En photographie, il est d'usage de différencier seulement trois grandes classes de radiations (figures 1 et 2). La bande spectrale visible – qui s'étend approximativement de 400 à 700 nm – est alors divisée en trois portions égales attribuées respectivement aux radiations bleues (B), vertes (V) et rouges (R).

 
 
Figure 1 : Ce spectre du soleil réalisé avec le Sidérostat a été repris du site du Centre d'Astronomie de Saint-Michel l'Observatoire avec l'aimable autorisation de la direction.
 
 
Figure 2 : A l'intérieur de la bande visible, il est d'usage en photographie de différencier seulement trois grandes classes de radiations (B - V - R). Dans la partie inférieure de cette figure, sont représentées successivement les bandes actiniques, pour une émulsion non chromatisée (NC), pour une émulsion orthochromatique (O), pour une émulsion panchromatique (P) et enfin pour le film Kodak infrarouge H.S. 2481 - support Estar (IR).
______________________
* Dans son bulletin n° 4 (2e trimestre 1978) des Applications Scientifiques et Industrielles de la Photographie, p. 12, Kodak-Pathé fixe cette limite à 250 nm, valeur que nous retenons ici.
 
 

Les limites spectrales de la réponse photographique - Bande actinique

En fonction de la destination de l'émulsion, ces limites s'écartent plus ou moins et ne se confondent donc pas forcément avec les limites spectrales de la vision humaine (figure 2). A l'état naturel, les cristaux d'halogénures d'argent sont sensibles aux radiations ultraviolettes, violettes et bleues (émulsions « ordinaires » ou non chromatisées). Par incorporation de sensibilisateurs appropriés dans les émulsions, celles-ci deviennent en plus sensibles, aux radiations vertes (émulsions orthochromatiques), aux radiations rouges (émulsions panchromatiques) et même aux radiations infrarouges proches de la bande visible (par exemple, le film Kodak infrarouge H.S. 2481 - support Estar est sensible jusqu'à 900 nm environ). Les émulsions photographiques usuelles sont panchromatiques. Quant aux émulsions « ordinaires » et orthochromatiques, elles sont (étaient) essentiellement utilisées par les arts graphiques.


La température de couleur

A l'intérieur du laboratoire photo, si l'obscurité est parfaite, nous ne voyons évidemment aucune radiation électromagnétique. Cependant, nous ne pouvons nier l'existence des radiations invisibles émises en permanence par notre propre corps, les murs, le matériel, le filament éteint de la lampe à incandescence, bref par tous les objets qui nous entourent. La longueur d'onde de ces radiations, invisible pour l'humain, inactiniques vis-à-vis de toute émulsion photographique, reste supérieure à 3000 nm.

En fait, pour un objet donné, cette énergie émise se rapporte non pas à une seule mais à plusieurs longueurs d'onde. En particulier pour un corps incandescent, la courbe représentant l'énergie d'émission surmonte l'ensemble d'un « segment » du spectre (le spectre électromagnétique étant souvent figuré linéairement) tandis que le maximum d'émission correspond à une longueur d'onde située dans la région centrale du segment. La courbe de la figure 3 montre l'émission d'un corps incandescent de couleur noire à froid. C'est avec un corps noir que l'on obtient l'émission la plus intense (le véritable corps noir absorberait toute l'énergie incidente et pourrait la réémettre avec une efficacité de 100 %).

Le corps noir est un modèle théorique de source idéale (1) utilisé en physique pour étudier et quantifier les spectres des sources lumineuses. Lorsqu'un ferronnier chauffe une pièce de métal (que l'on peut assimiler à un corps noir), celle-ci – devenant incandescente au-delà de 500° C – passe progressivement du rouge sombre au rouge vif. Puis, avec la montée en température, le corps incandescent – émettant également des radiations vertes – devient jaune (rouge + vert = jaune). Enfin, la température s'élevant encore, des radiations bleues sont ensuite émises et la couleur de la pièce incandescente vire au blanc éblouissant (rouge + vert + bleu = blanc). La notion de température de couleur ne repose pas sur autre chose que cette relation existant entre la température d'un corps noir et la qualité de la lumière qu'il émet. Aussi, dans la pratique, la valeur utilisée pour exprimer la qualité (composition spectrale) de la lumière d'une source S est la température d'un corps noir incandescent lorsque celui-ci montre, dans les limites spectrales de la vision humaine, la même émission que la source S. Cette température est appelée température de couleur de la source S.

 
 
Figure 3 : Emission d'un corps noir à 2000 K. A cette température, le maximum d'émission est observé dans l'infrarouge (1449 nm ou 3,16 sur l'échelle logarithmique) et à l'intérieur des limites de la bande visible, les radiations rouges prédominent largement par rapport aux radiations bleues. Au cours de la montée en température du corps noir, deux phénomènes se développent simultanément : l'énergie d'émission s'accroît (signification des flèches verticales) tandis que la bande de radiations se déplace vers les courtes longueurs d'onde (signification de la flèche horizontale). A noter enfin que le produit de la longueur d'onde (nm) correspondant au maximum de l'énergie émise par la température (kelvins) aboutit toujours au même nombre. Cette constante qui a pour valeur 2 897 800 (loi de Wien) permet ainsi de calculer, en fonction de la température du corps noir, la longueur d'onde se rapportant au maximum de rayonnement et inversement.
 
 

Mesure de la température de couleur

Revenons à l'exemple de la pièce de métal chauffée à blanc. Cette dernière, une fois refroidie, continue pourtant à émettre des radiations électromagnétiques – invisibles – et ceci, tant que sa température est supérieure au zéro absolu. Aussi, il paraît judicieux de choisir l'échelle de température absolue (ou échelle Kelvin) pour mesurer la température de couleur.

D'ailleurs, parmi les 7 unités de base du Système International d'Unités, c'est le kelvin (K) – et non le degré Celsius – qui a été retenu comme unité de température thermodynamique. Sur l'échelle thermométrique Kelvin – qui ne comporte pas de valeurs négatives –, la température de 0 K correspond au zéro absolu (température minimale possible associée à une agitation moléculaire nulle) et est égale à - 273,15° Celsius. Notons aussi que par définition, le degré Celsius est égal à l'unité kelvin. La relation liant le degré Celsius au kelvin est la suivante : Température en degrés Celsius = Température en kelvins - 273,15.

Le pyromètre – instrument servant à mesurer les très hautes températures – spécialement conçu pour déterminer la température de couleur des sources de lumière courantes s'appelle thermocolorimètre. Cet appareil dont l'étalonnage repose sur l'émission d'un corps noir, détermine la température de couleur par interprétation de la distribution spectrale de la lumière émise.

 
Le Colormaster 3F (Gossen) est un exemple de thermocolorimètre. Sa plage de mesure s'étend de 2000 à 40 000 K. Signalons que cet instrument mesure également les éclairements (10 à 190 000 lux).
 
 

Beaucoup de thermocolorimètres évaluent simplement le rapport radiations rouges / radiations bleues. Ainsi, plus les radiations rouges sont importantes par rapport aux bleues, plus la température de couleur est basse et inversement (tableau 2). Si la température de couleur d'une lampe à incandescence est de 2900 K, son maximum d'émission (figure 3) se situe dans l'infrarouge (1000 nm ou 3,0 sur l'échelle logarithmique) et, à l'intérieur de la bande visible, les radiations rouges prédominent sur les radiations bleues. Lorsque le maximum d'émission d'une source concorde avec la bande visible, les radiations bleues, vertes et rouges sont à peu près à égalité (lumière blanche véritable) et la température de couleur de la source est d'environ 5400 K.

Les deux principaux facteurs de variation de la température de couleur des sources de lumière artificielle sont l'âge de la lampe et la tension du courant. Pour une tension d'alimentation nominale de 220 volts, une variation de 10 volts influe significativement sur la température de couleur des sources de lumière artificielle.

C'est pourquoi en studio, le thermocolorimètre fait communément bon ménage avec le luxmètre et le posemètre. Par contre, en lumière naturelle (température de couleur moyenne du soleil, voisine de 6000 K), son emploi est quelque peu aléatoire en raison d'une part, de la variation de l'absorption atmosphérique dans le temps – ce qui contribue à la modification constante de la température de couleur – et d'autre part et surtout, de la difficulté d'assimiler la lumière naturelle à la lumière émise par un corps noir incandescent. Fort heureusement, le contrôle de la qualité de la lumière du jour nécessite moins de rigueur que celui de la lumière artificielle.

 
Température de couleur (en kelvins) de différentes sources de lumière
Soleil à l'horizon
2000
Lampe au sodium
2200
Lampe à incandescence
2400 - 2700
Lampe fluorescente blanc chaud
2700 - 3000
Lampe halogène
3000 - 3200
Lampe fluorescente blanc neutre
3900 - 4200
Lampe fluorescente lumière du jour
5400 - 6100
Soleil au zénith
5800
Ciel boréal
10 000
 
Tableau 2 : Plus les radiations rouges sont importantes par rapport aux bleues, plus la température de couleur est basse et inversement. Les exemples ci-dessus ont été repris de l'encyclopédie Wikipédia.
 
 

Contrôle de la qualité de la lumière

En photographie couleur, il vient s'ajouter au contrôle de la quantité de lumière. Sa signification est très simple. Il s'agit de parvenir à la coïncidence des deux valeurs suivantes : température de couleur de la source de lumière et température de couleur pour laquelle le film est équilibré.

Dans un studio éclairé par des lampes à iode d'une température de couleur de 3400 K, supposons par exemple que l'on veuille utiliser le film Kodak Ektachrome 160 T équilibré pour 3200 K (2). A ce niveau de température de couleur, un décalage de 100 K entraîne déjà une dominante perceptible (en lumière naturelle, le même décalage n'aurait pratiquement pas d'influence sur la restitution des couleurs). Il faut par conséquent abaisser la température de couleur des sources de lumière à 3200 K et ceci, grâce à un filtre correcteur de température de couleur. Pour cet exemple, l'effet correcteur du filtre Kodak Wratten 81 A (ou d'un filtre correspondant d'une autre marque) répond à notre besoin (3). De par sa faible coloration jaunâtre, ce filtre atténue sélectivement les radiations bleues excessives (pour le film choisi) de la lumière émise par les lampes à iode. Telle est dans la pratique courante, la manière d'harmoniser la température de couleur de la source de lumière avec celle pour laquelle le film est équilibré (4).

 
__________
1. Dont le spectre d'émission ne dépend que de la température.
2. Signalons que ce film était toujours fabriqué par Eastman Kodak Company en septembre 2005.
3. L'utilisation du filtre Kodak Wratten 81 A entraîne toutefois une perte de sensibilité du film, cette dernière passant de ISO 160 à ISO 125.
4. A noter que la qualité de la lumière est aussi un élément important en photographie numérique où l'opérateur doit veiller pour chaque prise de vue au bon équilibre des blancs, réglage instantané proposé par tous les appareils.
 
 
Copyright © Claude Bouchot