Photographie – Composition et propriétés de la lumière

Un objet n’est visible que si notre œil reçoit de la lumière de l’objet en question. L’objet peut être lui même une source lumineuse ou réfléchir une source lumineuse. La photographie c’est l’enregistrement de cette lumière sur un support (pellicule ou capteur numérique). Photographier (du grec “photos” qui signifie lumière et “graphien” qui signifie écrire) c’est écrire avec la lumière.

La lumière est un rayonnement électromagnétique perceptible par l’œil qui peut provenir d’une source naturelle (soleil, étoiles) ou artificielle (ampoule) ou d’un objet réfléchissant la lumière (comme la lune éclairée par le soleil). La lumière est composée de photons (particules), mais elle possède les propriétés d’une onde.

On parle de dualité Onde/Corpuscule, dualité observée dans l’expérience des fentes de Young :

Cette dualité onde corpuscule permet de mieux comprendre des aspects de la photographie. Le fait que la lumière soit composée de photons permet d’expliquer le fonctionnement des capteurs numériques qui captent l’énergie du rayonnement portée par des photons pour la transformer en électrons (énergie électrique). Le fait que la lumière possède les propriétés d’une onde permet de mieux comprendre l’usage des filtres colorés ou le phénomène de luminescence.

Dans un milieu transparent homogène la lumière se propage en lignes droites qui constituent les rayons lumineux.

prisme-lumière-et-photographie www.police-scientifique.comEn 1666, Newton démontre, avec l’expérience du prisme, qu’un faisceau de lumière blanche peut être décomposé en différentes couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet. Il comprend que la lumière blanche se sépare en ses composantes et que chaque rayon de couleur, composant la lumière blanche, est dévié de façon différente par le verre du prisme, comme cela est observé pour un arc en ciel (ce sont les gouttes d’eau qui jouent alors le rôle du prisme). La lumière naturelle nous apparaît blanche mais en réalité cette lumière est composée de multiples radiations colorées dont les longueurs d’onde visibles varient de 400 à 725nm (1nm = 10-9m)

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De part et d’autre du spectre visible, on trouve des radiations invisibles à l’œil nu comme :

  • les infrarouges (IR), qui sont caractéristiques de la lumière émise par les corps chauds : le soleil, les êtres humains. Les infrarouges ont des longueurs d’ondes supérieures aux longueurs d’ondes du spectre visible.
  • les ultraviolets (UV), communément appelés « lumière froide » sont en fait émis par des corps incandescents extrêmement chauds comme le soleil et les étoiles. Ces types de rayons peuvent être utilisés par la police technique et scientifique pour activer le phénomène de luminescence (fibres, colorants luminescents).

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[quote_box_left]Les capteurs des appareils photographiques numériques ont une bien meilleure sensibilité spectrale que l’œil humain. Ils sont en effet capables d’enregistrer des données provenant des rayonnements UV et IR (Infra Rouge).[/quote_box_left]

Température de couleur

La lumière que nous observons peut prendre différentes “teintes”. Alors que la lumière d’une ampoule a une dominante jaunâtre, la lumière d’un ciel d’été a une dominante bleuâtre. Ces différentes teintes que peuvent prendre une source lumineuse correspond à la “température de couleur” de la lumière. Il ne s’agit nullement de la température de la source lumineuse. Cette notion de température de couleur a été définie à partir du modèle théorique du “corps noir” qui lorsqu’il est chauffé émet une certaine teinte de lumière. En chauffant ce corps noir, celui-ci rougit, blanchit puis bleuit. L’échelle des teintes d’un corps noir chauffé entre 0 Kelvin (0K = -273,15°C)  et 22 000K va du rouge au bleu. La couleur d’une lumière peut être comparée à celle du corps noir.

Voici quelques exemples de température de couleur de sources lumineuses :

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La teinte de lumière émise par une lampe halogène est ainsi identique à la teinte d’un corps noir chauffé entre 3000K et 3200K.

Cette notion de température de couleur est particulièrement importante en photographie pour le réglage de la balance des blancs.

Notions de photométrie

La lumière est une forme d’énergie. D’un point de vue physique, c’est de l’énergie émise par une source, transportée par un faisceau, reçue par un objet éclairé. Elle est caractérisée par sa composition spectrale et par l’énergie qu’elle transporte. Lorsque notre œil regarde une source de lumière, un faisceau ou un objet, ils peuvent nous paraître plus ou moins lumineux. La photométrie mesure ces “quantités de lumière” perçues par l’œil, émises par une source ou renvoyées par un objet.

Quatre paramètres sont à considérer en photométrie :  l’intensité d’un faisceau lumineux, le flux lumineux, l’éclairement et la luminance.

  • L’intensité lumineuse d’un faisceau est l’intensité du flux lumineux dans une direction donnée. L’unité est le candela (cd)
  • Le flux lumineux est la quantité totale de lumière émise (par la source) transportée (par le faisceau) ou reçue (par l’objet) par seconde. L’unité est le lumen.
  • L’éclairement est la lumière reçue par l’objet ramené à la surface. L’unité est le lumen par m2 ou le lux
  • La luminance est ce que renvoie la surface éclairée par un flux lumineux. L’unité est le candela par m2 (cd/m2)

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L’intensité lumineuse et le flux lumineux caractérisent uniquement la source, l’éclairement caractérise une surface éclairée et la luminance caractérise la lumière reçue par l’œil. En photographie, l’éclairement et la luminance sont particulièrement importants pour obtenir un cliché avec une bonne exposition.

La photographie : une synthèse additive

La lumière blanche est une addition ou une association de plusieurs longueurs d’onde. La photographie est une synthèse additive, le blanc est reconstitué avec l’ajout des couleurs primaires Rouge, Vert et Bleu (RVB).

A l’inverse le cinéma est une synthèse soustractive, la projection s’effectue à partir d’une lumière blanche à laquelle on enlève une partie du rayonnement pour produire les couleurs escomptées. L’ajout des couleurs complémentaires Cyan, Magenta et Jaune (CMJ) va créer le noir.

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