Couleur - Définition

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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 sur un nombre limité d'axes de teinte, est la photographie interférentielle de Lippmann (1891), onéreux et de mise en œuvre aussi contraignante que l'holographie, 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 de la lumière, et donc sur ce qui n'est pas source de lumière.

Par exemple, l'herbe ou les feuilles des arbres nous paraissent vertes, car elles absorbent le bleu et le rouge. Ce sont ces ondes qu'elles utilisent dans la photosynthèse.

Le calcul additif des couleurs (ou synthèse additive) est le calcul fait par addition des longueurs d'onde de sources lumineuses.

Par exemple, Si les deux composantes verte et rouge d'un moniteur d'ordinateur sont allumées, les couleurs des phosphores associés (juxtaposés) se superposent en raison de la mauvaise résolution de l'œil, et on obtient une couleur jaune, qui se résout à nouveau en vert et rouge si on regarde cette zone de l'écran à travers un compte-fils 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, aussi contre-intuitif que cela paraisse).

Synthèse additive

Mélange 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, on peut voir que les gouttelettes de pluie, 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 (un prisme droit en verre à base triangulaire). Il réussit à décomposer la lumière blanche en toutes les différentes couleurs du spectre.

Le physicien 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 et la chrominance. 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 permettant de passer 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 (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.

Synthèse soustractive

Mélange de couleur par soustraction

En imprimerie-couleurs, en peinture et dans l'art du vitrail, 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.

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 (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, 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 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 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 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. 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 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 n'en est jamais parfaite, ni l'opacité. 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 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, jaune d'or, Ocre jaune clair, Bleu céruléum, Bleu royal, Indigo, 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 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 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 (black) ;
  • 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.

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, altérant le résultat. La cinétique 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 pour former un composé noir qui gâche le tableau. D'où l'importance de la chimie 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 pour donner du corps à la peinture : tel que chaux, baryum... et un liant pour rendre la peinture adhésive à la surface tel que huiles, acrylique, vinyle, 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.

La représentation RJB de la synthèse soustractive dans les livres de peinture est à but pragmatique pour les mélanges. Le cercle 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. Et que les pigments violets apparaissent au milieu du XIXe siècle 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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