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ELEMENTS D’OPTIQUE ET DE PHYSIQUE DE BASE
Pour comprendre l’image sous-marine
Éléments de session de cours sur l’optique sous-marine proposé par Cinémarine
(Jacques CHENARD et Christian PETRON))
1 - GÉNÉRALITÉS
La photographie sous-marine est une discipline nettement différente de la
photographie terrestre, bien qu’elle se pratique généralement avec le même
matériel, sous réserve d’une adaptation. En effet, travailler dans l’eau, milieu dont
toutes les caractéristiques physiques sont différentes de celles de l’air, avec un
équipement calculé pour opérer dans l’air ne peut donner de résultats satisfaisants
que sous réserve d’un certain nombre de corrections aux habitudes du
photographe terrestre.
Il est évidemment possible de mettre au point ces corrections par la méthode «
essai/erreur/correction », autrement dit une pratique intense. Outre qu’une telle
méthode n’est guère satisfaisante pour l’esprit, elle est d’un coût déjà très élevé
en photographie terrestre, et franchement rédhibitoire en photographie
sous-marine, vu l’importance des moyens à mettre en jeu.
Bien sûre on peut toujours s’essayer avec ce que l’on appelle les appareils jetables
mais dans ce
ne parlons plus de photographie sous-marine mais d’amusement.
Il est donc bon de voir dans quelle mesure les lois habituellement pratiquées,
souvent inconsciemment, en photographie terrestre vont entraîner des
modifications de pensée et d’action - et imposer des impossibilités en milieu marin.
Les pages qui suivent se proposent d’expliciter ces lois, de les rappeler brièvement
et de montrer leur application au cas particulier qui nous intéresse. Cela se fera
parfois à l’aide d’un peu de mathémathiques, sans jamais atteindre de hautes
sphères incompréhensibles. Les formules publiées sont là davantage pour
permettre à l’opérateur de calculer ses résultats probables plutôt qu’à titre de
démonstration.
2 - LE MILIEU EAU
La photographie sous-marine se pratique par définition dans l’eau, opérateur et
sujet étant immergés, encore qu’il y ait quelques cas d’exception, comme la prise
de vues à travers un seau de calfat , ou la photographie de sujets dans un
aquarium, cas d’espèce qui ne modifient d’ailleurs pas les problèmes rencontrés du
point de vue de l’optique, s’ils se traduisent par un confort nettement amélioré de
l’opérateur.

L’eau est un milieu liquide, de densité 1, soit environ 800 fois la densité de l’air,
faiblement visqueux, mauvais conducteur de la chaleur et de l’électricité et solvant
universel. Cela, pour l’eau par définition pure, voire distillée.
On différenciera dans la pratique l’eau douce, celle des rivières et des lacs,
contenant peu de sels métalliques en solution, et l’eau de mer, contenant jusqu’à
25 o/OO de sels métalliques, essentiellement des chlorures de sodium et de
magnésium, ce qui augmente légèrement sa densité, I’amenant à une moyenne de
1,025. La présence de ces sels métalliques fait de l’eau de mer un électrolyte par
excellence, d’où l’effet corrosif de ce milieu, qui attaque indistinctement tous les
métaux, plus ou moins rapidement, par phénomène de transferts électrolytiques.
Cela doit être pris en considération lors de la réalisation de boîtes étanches
destinées à contenir les appareils photographiques ou des caméras : lors de
l’assemblage de plusieurs pièces, il convient de choisir des couples de métaux ou
d’alliages ne risquant pas de former une pile électrique, sous peine de voir les
pièces se souder littéralement l’une à l’autre.
L’installation de pastilles de zinc ou mieux de magnésium comme sur une coque de
bateau est aussi fortement conseillée pour les caissons métalliques des
professionnels qui sont tous les jours dans l’eau.
Ces anodes dérivent les courants electrolytiques sur elles et ainsi se font
attaquées plutôt que les pièces métalliques du caisson .
La question ne se pose plus pour les caissons plastiques la plupart des plastiques
résistent bien à l’eau de mer.
La Pression :
La densité du milieu entraîne deux conséquences principales: la première est due à
l’application du principe d’Archimède: un appareil immergé (ressort mouillé….oui
cela on sait ) mais possède un poids apparent, égal à son poids réel dans l’air,
diminué du poids de son volume d’eau. Par exemple, un caisson ayant un volume de
6 litres et pesant avec son appareil 6,5 kg ne pèsera plus que 500 g dans l’eau,
tout en conservant son inertie originale. Ce fait est donc un des rares points
positifs de la photographie sous- marine.
Le second fait est que tout objet immergé subit, en chaque point de sa surface,
une force égale au poids de la colonne d’eau qui le surmonte: il est soumis à une
pression d’autant plus importante que l’objet est immergé plus profondément.
Cette pression s’exprime en bars
(1 bar = approximativement 1 kg/cm2). La densité de l’eau étant voisine de 1, la
pression qui s’exerce sur chaque centimètre carré de l’objet correspond au poids
d’une colonne d’eau de 1 cm2 de section, soit 1 bar tous les 10 m.

Pour illustrer ce problème, disons qu’un hublot de 12 cm de diamètre sera soumis,
à une profondeur de 50 m, à une force dirigée vers l’intérieur du caisson de 678
kg/force; on conçoit que dans ces conditions les caissons devront être réalisés
dans des matières extrêmement résistantes, et qu’un soin tout particulier devra
être apporté à l’étanchéité.
Le problémes se compliquent considérablement pour les caissons destinés à des
prises de vue en très grandes profondeurs par des engins plongeants comme sous-
marins ou ROV .
Dans ces conditions extrêmes les caissons sont soumis à des pressions de
plusieurs centaines de kilos par centimétres carré les hublots sont souvent très
complexes sont fabriqué en matières déformantes qui posée sur des portages
coniques prennent leur place et donnent leurs maximum de rendement optique
qu’à une certaine profondeur.
Mais revenons à nos caissons classiques où déjà de nombreux problèmes sont à
résoudrent.
La Corrosion :
Les problèmes de corrosion évoqués plus haut, des dépôts électrolytiques de
métaux se formant au voisinage des joints (essentiellement sous forme de
chlorures métalliques insolubles). Les caissons doivent donc être soigneusement
rincés et brossés après chaque saison, pour éliminer ces sels blanchâtres, souvent
confondus avec le sel de mer.
La conductivité électrique de l’eau de mer sera également une grande source de
soucis, dans la mesure et l’on sera obligé d’utiliser avec plus ou moins de bonheur
des connecteurs électriques étanches pour le passages des câbles.de liaison entre
caisson et flashs.
L’utilisation des techniques slave pour les flashes en série à été un grand progrès
évitant ainsi le câblage des sources lumineuses synchronisées.
Les fuites électrique en provenance de mauvais connecteurs étanches des sources
d’éclairages en vidéo ou cinéma augmentent considérablement les phénomènes
d’électrolyses autours des caissons
composés de multi matériaux :
L’eau ayant une conductivité , si elle est importante, est quand même moins
grande que celle des métaux, les électrons parvenant, bon gré mal gré, à peu près
là où l’ont ne désire pas qu’ils viennent

particulièrement sur les assemblages de métaux différents augmentant le
phénomène déjà naturel de pile.
Autres phénomènes de corrosion :
La solubilité de l’eau ne se limite pas aux éléments solides, mais s’étend également
aux gaz, notamment aux gaz atmosphériques (oxygène, azote, etc.). On peut
définir un état de saturation de l’eau pour un élément donné, correspondant à la
quantité maximale de cet élément dissous pour une condition donnée. On dit alors
qu’il existe dans l’eau une tension de soluté venant équilibrer la pression de
l’élément sur le liquide. Autrement dit, I’élément non encore dissous tend à
s’introduire dans l’eau et est repoussé par l’élément déjà dissous (métaphore
relativement grossière). Le niveau de l’état de saturation dépend de nombreux
facteurs, et notamment de la température, et, pour les gaz, de la pression. Si l’on
atteint un état de saturation donné pour une pression donnée, il sera possible
d’augmenter la quantité de gaz dissous en augmentant la pression de ce gaz sur le
liquide, et si la pression diminue le gaz tiendra à se libérer spontanément; de
même, les éléments solides tendent à cristalliser spontanément au milieu du liquide
si la température tombe en dessous de la température de saturation. Ces
phénomènes sont bien connus des plongeurs, qui leur doivent le
risque d’accidents de décompression; nous allons les retrouver plus tard, de façon
inattendue, en matière d’optique.
3 -RAPPEL DE QUELQUES DÉFINITIONS DE PHOTOGRAPHIE TERRESTRE
La lumière se propage en ligne droite, à une vitesse qui dépend de la densité du
milieu qu’elle traverse. Dans le .vide, cette vitesse est d’environ 300 000 km/s. A
l’interface de deux milieux eau air , son trajet s’infléchit: on dit qu’il y a réfraction.
Cet état de fait peut être mis en évidence aisément par l’expérience de la baguette
trempée dans I’eau: la baguette apparait cassée à son entrée dans I’eau. Il est
parfaitement possible de chiffrer l’inflexion de ce trajet, qui dépend de l’angle
d’attaque du rayon par rapport à l’interface, et surtout d’une caractéristique de
chacun des milieux traversés: I’indice de réfraction.
Cet indice est de 1 pour l’air par définition, il est de 1,33 pour l’eau (moyenne) et
de 1,5 pour le verre.
La connaissance des phénomènes de réfraction est fondamentale en matière
d’optique, puisque cette loi gouverne le fonctionnement des objectifs et, en ce qui
nous concerne, le trajet entre le sujet et la péllicule ou des capteurs en vidéo des
rayons lumineux issus du sujet.

Une loi régie fondamentalement la photographie :
Loi de Descartes:
Si un rayon lumineux passe d’un milieu d’indice de réfraction n1 à un milieu d’indice
de réfraction n2 en faisant un angle i dans le milieu n1 , avec la perpendiculaire à
l’interface de séparation des deux milieux, l’ angle r qu’ il fera dans le milieu n2
avec la même perpendiculaire sera lié a i par la relation :
n1 sin i = n2 sin r