Couleur
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Restitution des couleurs

Compte-fils

Le seul procédé connu de restitution intégrale des couleurs, c'est-à-dire fixant le panachage réel des longueurs d'onde de départ et non sa simple projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) sur un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) limité d'axes de teinte, est la photographie interférentielle de Lippmann (1891), onéreux et de mise en œuvre aussi contraignante que l'holographie (L'holographie du visible est un procédé de photographie en trois dimensions utilisant les propriétés de la lumière cohérente issue des lasers. Le mot holographie vient du grec holos « en entier » et graphein...), car fonctionnant lui aussi sur le principe des interférences. Les procédés polychromes (trichromes, quadrichromes, hexachromes…) lui sont donc préférés.

Le calcul soustractif des couleurs (ou synthèse soustractive) est le calcul fait par retrait de certaines longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...), et donc sur ce qui n'est pas source de lumière.

Par exemple, l'herbe (On appelle herbe, dans une acception large, toute plante annuelle ou vivace, non ligneuse, faisant partie des angiospermes (monocotylédones ou dicotylédones), de couleur verte ; dans une acception plus étroite,...) ou les feuilles des arbres nous paraissent vertes, car elles absorbent le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du...) et le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). Ce sont ces ondes qu'elles utilisent dans la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique...).

Le calcul additif des couleurs (ou synthèse additive) est le calcul fait par addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs...) des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière....) de sources lumineuses.

Par exemple, Si les deux composantes verte et rouge d'un moniteur d'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de...) sont allumées, les couleurs des phosphores associés (juxtaposés) se superposent en raison de la mauvaise résolution de l'œil, et on obtient une couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :), qui se résout à nouveau en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé...) et rouge si on regarde cette zone de l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous...) à travers un compte-fils (Le compte-fils est une loupe à fort grossissement munie le plus souvent d'un gabarit assurant la distance optimale de l'optique à ce qui est...) ou par réflexion sur un cédérom. Il est facile d'expérimenter cela avec les réglages des couleurs du bureau de votre ordinateur (s'il n'est pas monochrome). La synthèse du marron demande sensiblement plus d'essais (conseil : expérimentez en partant du violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de magenta...), aussi contre-intuitif que cela paraisse).

Synthèse additive

Mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) de couleur par addition

Le principe de la synthèse additive des couleurs consiste à s'efforcer de reconstituer, pour un œil humain, l'équivalent (l'apparence) de toute couleur visible, par l'addition, selon des proportions bien choisies, de lumières provenant de trois sources monochromatiques (par exemple des spots) dont les longueurs d'onde sont choisies une fois pour toutes pour répondre au mieux à cet objectif.

En observant l'arc-en-ciel (Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le spectre continu de la lumière du ciel quand le soleil brille...), on peut voir que les gouttelettes de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait partie du cycle de...), dans le lointain, décomposent la lumière en six couleurs, comme le feraient des prismes.

Newton reproduisit ce phénomène en décomposant la lumière solaire grâce à un prisme optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) (un prisme droit en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) à base triangulaire). Il réussit à décomposer la lumière blanche en toutes les différentes couleurs du spectre.

Le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers...) Young fit le contraire de Newton. Il recomposa la lumière. Il fit converger les six couleurs du spectre et obtint la lumière blanche. Il alla même plus loin en démontrant que les six couleurs du spectre pouvaient être réduites à trois. C'est-à-dire qu'il pouvait recomposer la lumière blanche avec ces trois couleurs. Il démontra aussi qu'en les mélangeant deux par deux, il pouvait obtenir les autres.

Et c'est ainsi qu'on différencia les couleurs primaires des secondaires.

Ce système de mélange de lumières signifie que plus on ajoute de couleurs plus on obtient de clarté. Par exemple, le vert et le rouge donnent le jaune indéniablement plus clair. On parle dans ce cas de système additif.

Les trois longueurs d'onde optimales, que l'on appelle couleurs primaires répondent à deux critères :

  • les teintes doivent correspondre autant que possible aux longueurs d'onde auxquelles les cônes sont le plus sensibles (c'est le cas du vert et du bleu)
  • les longueurs d'ondes doivent activer de manière spécifique certains cônes (cas du rouge)

Les trois couleurs primaires sont les suivantes :

  • rouge primaire ;
  • vert primaire ;
  • bleu primaire.

Il existe bien d'autres systèmes liés au RVB qui sont issus des travaux de la Commission internationale de l'éclairage. Le système de base est le CIE XYZ, d'où l'on déduit le CIE xyY qui sépare la luminance (En physique, la luminance est l'intensité d'une source de lumière visible dans une direction donnée, divisée par l'aire apparente de cette source dans cette même direction.) et la chrominance (La chrominance désigne la partie de l'image vidéo correspondant à l'information de couleur.). Ce dernier a donné naissance à de nombreux systèmes pratiques dont le plus utilisé est sans doute le CIE Lab qui comporte le jaune en plus du rouge, du vert et du bleu.

Le système RVB peut aussi, de façon équivalente, être exprimé selon trois autres composantes qui sont la teinte, la valeur et la saturation et correspondent en français au système TSL (Teinte, Saturation et Luminosité ou valeur) et en anglais au système HSL (d'après les trois mots anglais Hue, Saturation et Lightness).

Il existe des formules mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les transformations....) permettant de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) des trois composantes RVB aux trois composantes TSL (et inversement).

On nomme lumières de couleurs fondamentales (parfois appelées couleurs secondaires) les lumières de couleurs saturées obtenues en mélangeant deux à deux et en parts égales les lumières de couleurs primaires.

Les couleurs complémentaires sont les couleurs qui, combinées, contiennent toutes les couleurs du spectre et aucune en commun.

Les trois couleurs secondaires dans le système additif sont :

  • cyan (Le cyan ( du grec kuanos, à savoir l'azurite) est une couleur pure de la lumière de longueur d'onde 500 nm. Elle est souvent appelée bleu clair ou bleu ciel. C'est un mélange de lumières bleue et verte. Le cyan est le...) (lumières verte et bleue, complémentaire de la rouge) ;
  • magenta (lumières rouge et bleue, complémentaire de la verte) ;
  • jaune (lumières verte et rouge, complémentaire de la bleue).

qui sont en fait les couleurs primaires du système soustractif et donnent le système CMJ (en anglais CMY ou YMC).

Lorsqu'on mélange plus de deux primaires, on désature la couleur. Elle perd donc en saturation et gagne en valeur, pour se rapprocher du blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre...).

Synthèse soustractive

Mélange de couleur par soustraction (La soustraction est l'une des opérations basiques de l'arithmétique. La soustraction combine deux ou plusieurs grandeurs du même type, appelées opérandes, pour...)

En imprimerie-couleurs, en peinture et dans l'art du vitrail (Le vitrail est une composition décorative formée de pièces de verre colorées. Depuis le début du Moyen Âge, ces pièces sont assemblées par des baguettes de plomb. Ce procédé, bien qu'aujourd'hui toujours dominant, n'est pas le...), il ne peut être question d'additionner des couleurs par mélange de lumière, mais plutôt de couleurs pigments.

Tous les corps opaques, quand ils sont éclairés, réfléchissent une partie ou toute la lumière qu'ils reçoivent et absorbent le reste. On peut donc obtenir les couleurs du spectre soit en mélangeant des pigments soit en filtrant une partie du spectre qui éclaire l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...).

Les pigments qui se mélangent absorbent de plus en plus de lumière et deviennent de plus en plus sombres. Par exemple le jaune et le magenta donnent le rouge-orangé.

On parle dans ce cas de synthèse soustractive. Et dans ce cas les couleurs primaires, appelées aussi couleurs fondamentales associées pour les différencier des couleurs primaires du système additif car elles correspondent aux couleurs secondaires appelées aussi couleurs complémentaires du système additif. Contrairement au système additif ou l'on utilise les 3 couleurs primaires, les couleurs fondamentales filtrent (bloquent) une seule couleur.

  • cyan fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) (les couleurs bleu et vert passent, le rouge est filtré) ;
  • magenta fondamentale (les couleurs bleu et rouge passent, le vert est filtré);
  • jaune fondamentale (les couleurs verte et rouge passent, le bleu est filtré).

donne le système CMJ (en anglais CMY ou YMC).

En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée...), et si nous disposions de pigments parfaits, l'utilisation des trois fondamentales permettrait d'obtenir :

  • le bleu en mélangeant le cyan et le magenta (cyan filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) le rouge, magenta filtre le vert) ;
  • le vert en mélangeant le cyan et le jaune (cyan filtre le rouge, jaune filtre le bleu);
  • le rouge en mélangeant le magenta et le jaune(magenta filtre le vert, jaune filtre le bleu).

Dans la pratique, la synthèse soustractive à partir des colorants courants ne permet pas d'obtenir l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) des couleurs visibles par l'œil humain. De plus, même des colorants parfaits continueraient à poser problème car ils s'additionnent souvent en une réaction chimique qui altère la couleur finale.

En effet, lorsque l'on mélange deux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) colorés, on en obtient bien la teinte désirée, mais celle-ci perd en vivacité, et l'ajout de blanc pour compenser cette perte n'est pas satisfaisant car le blanc désature la teinte et ne permet donc pas d'obtenir la valeur recherchée. C'est pour cette raison que plusieurs imprimantes à jet d'encre ajoutent deux teintes pastel aux trois fondamentales afin d'obtenir un meilleur rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de...). L'ajout de ces teintes pastel (variant de 2 à 5 teintes) permet aussi de diminuer la perception des points d'encre (ou de trame) dans les zones claires.

Enfin, un noir obtenu par le mélange des trois fondamentales serait de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est...) supérieure, permettrait d'obtenir plus de détails, mais c'est à la fois coûteux (mélange de trois encres chères) et de qualité douteuse si la proportion de mélange des encres (pour obtenir la neutralité, c'est-à-dire un gris composé de CMJ) est inexacte (car la superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement etc.)) n'en est jamais parfaite, ni l'opacité (L'opacité est l'inverse de la transparence. Qui s'oppose au passage de la lumière.). De plus, des valeurs égales de cyan, magenta et de jaune ne donnent pas de noir. La couleur noire est ajoutée pour compenser la neutralité du mélange CMJ.). En imprimerie, on utilise donc toujours au moins le noir comme quatrième couleur, ce qui correspond à la quadrichromie, utilisée pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce qui s'imprime en couleur.

Ajoutons qu'en impression de grandes surfaces (affiches, par exemple), la technique des trames d'impression permet de contourner la question : en effet, si on examine une affiche de près, on se rend compte que les couleurs s'y juxtaposent bien plus souvent qu'elles ne s'y superposent. On retrouve alors quelque chose de très semblable… à de la synthèse additive.

Utilisation de pigments

Lors de l'utilisation de pigments, il est possible d'utiliser un nombre plus importants de couleurs de base, car même si les cyans, magentas et jaunes sont très vifs, ils perdent de leur vivacité en se mélangeant. Les choix sont nombreux (jaune cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.), jaune d'or, Ocre jaune clair, Bleu céruléum, Bleu royal, Indigo (L'indigo (du latin indicum : de l'Inde) est une nuance de bleu foncé.), Rouge Carmin pour les primaires et Rouge vermillon, Bleu Outremer, Bleu de cobalt, Vert émeraude, Vert de Sèvres pour les secondaires à titre d'exemple).

Pigments utilisés dans les pots (POTS est un sigle anglais qui signifie Plain Old Telephone System que l'on peut traduire en français par le bon vieux téléphone. Dans certains pays on parle de réseau fixe ou de...) de peinture

Dans les magasins de beaux arts, les tubes ou pots de peinture comportent en général les informations relatives à la peinture, on y trouve, la résistance à la lumière (par une série de + ou *), normée sur les années de résistance en lumière de musée, l'opacité/transparence (un carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est à la fois un rectangle et un...) plus ou moins plein), mais aussi les pigments utilisés, référencés par le Colour Index International. Ils sont codés par P + 1 ou 2 lettres (couleur dans laquelle est classée le pigment :

  • W=blanc (white) ;
  • O=orange ;
  • R=rouge (red) ;
  • Y=jaune (yellow) ;
  • B=bleu (blue) ;
  • G=vert (green) ;
  • Bk=noir (blac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une stratification, une zonation,...)k) ;
  • Br=marron (brown):

Suivi d'un numéro correspondant à la numérotation du pigment pour sa couleur.

Par exemple : PO73 correspond au pigment orange 73, qui est la nuance de vermillon (rouge vermillon), proche du vermillon véritable (Cinabre) est distinct du rouge primaire magenta PR 122.

La terminologie est anglaise car elle a été normalisée aux États-Unis et en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000 habitants (en 2006), qui...).

Problèmes en peinture

Un problème qui peut surgir est celui de la stabilité chimique des pigments. Parfois, le mélange d'un pigment et d'un autre produit un composé d'une couleur différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...), altérant le résultat. La cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) de la réaction chimique peut empêcher de se rendre compte immédiatement du problème : par exemple, on peut mélanger du blanc et du rouge pour obtenir un rose, et les deux pigments réagissent en quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) pour former un composé noir qui gâche le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :). D'où l'importance de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des...) dans le choix des couleurs.

Un autre problème vient de ce qu'un pigment ne peut être utilisé seul en peinture, il faut au moins lui rajouter une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...) pour donner du corps à la peinture : tel que chaux, baryum... et un liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment d'une peinture de coller...) pour rendre la peinture adhésive à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) tel que huiles, acrylique, vinyle (Le vinyle est, selon l’IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), l’autre nom qui est donné à l’éthényle de formule développée suivante :), gomme arabique, etc.... Ces éléments nécessaires et ajoutés au pigment changent la qualité de la couleur suivant les mélanges de la fabrication des différentes marques commerciales.

Tous les pigments ne sont pas utilisables en peinture : s'ils ne sont pas stables à la lumière, (pigment qui fane à la lumière - par exemple le bleu indigo d'origine végétal) ou qu'ils supportent le mélange avec des huiles par exemple le pigment bleu de smalt devient transparent en mélange avec l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se mélangent pas à l'eau, mais, est...).

La représentation RJB de la synthèse soustractive dans les livres de peinture est à but pragmatique pour les mélanges. Le cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci étant...) chromatique sert de repérage générale des couleurs dans un nuancier donné et particulier. Il a aussi une fonction esthétique. On rappellera ainsi que le mélange rouge vermillon et bleu outremer à l'huile donne du noir ou un marron foncé solution utilisée par les impressionnistes pour faire du noir sans en avoir sur la palette (La Palette est un café-restaurant situé dans le 6e arrondissement de Paris, au croisement de la rue de Seine et de la rue Jacques-Callot. Ses propriétaires sont Jean-François et Charly et leurs épouses.). Et que les pigments violets apparaissent au milieu du XIXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée...) avant on mélangeait un rouge et un bleu ...

Bizarrerie

L'un des 500 brevets déposés par Edwin H. Land, créateur de la photographie instantanée Polaroïd concerne un procédé simplifié de restitution de tout le spectre à partir de seulement deux couleurs de base, ce qui va à l'encontre des connaissances modernes sur le mécanisme de la vision. Ce brevet, à la différence de beaucoup d'autres inventions de Land, n'a débouché en pratique sur aucune réalisation.

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