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ORIGINES ET MESURE DE LA COULEUR
1. Perception de la couleur :
1.1. Structure de l’œil, rôles de la rétine et du cerveau :
1.1.1. Structure de l’œil :
Coupe longitudinale de l'oeil
L'œil, ou globe oculaire, est une structure creuse de forme globalement sphérique. Il se compose de
tuniques, d'un cristallin et de liquides.
La tunique la plus externe est la sclérotique, qui est formée d'un tissu conjonctif dense et peu
vascularisé, et rempli ainsi un rôle de protection de l'œil. Du côté antérieur, cette sclérotique est
remplacée par la cornée, transparente. C'est cette cornée qui permet la pénétration des rayons
lumineux dans le globe oculaire.
Plus interne que ces enveloppes essentiellement protectrices se trouve la tunique vasculaire, formée
de trois parties : la choroïde, le corps ciliaire et l'iris.
- La choroïde est une membrane fortement vascularisée, et pigmentée en brun par des
mélanocytes.
- Le corps ciliaire est essentiellement formée de muscles lisses qui, grâce à leurs contractions,
modifient la forme du cristallin et permettent ainsi l'accommodation.
- L'iris est la partie colorée et visible de l'œil ; composé de muscles lisses, il permet de
contrôler la taille de la pupille (qui est son ouverture centrale) et donc les rayons lumineux pénétrant
dans le globe oculaire : il joue un rôle de diaphragme.
La tunique la plus interne est la rétine, composée de deux couches. La couche pigmentaire (externe)
empêche la lumière de diffuser dans l'œil. La couche interne est une structure nerveuse, composée
de nombreux photorécepteurs (cônes et bâtonnets) et de cellules traitant et acheminant
l'information visuelle vers le cerveau.
Les fibres nerveuses efférentes sortent de l'œil par le nerf optique. Au niveau de ce point de sortie,
la rétine est tout naturellement interrompue : c'est la tache aveugle (car ne pouvant capter aucun
stimulus lumineux, de part l'absence de photorécepteurs). A proximité de cette tache aveugle se
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trouve la tache jaune (comportant une fossette centrale, la fovéa), qui est le point de la rétine avec
la meilleure acuité visuelle : c'est là que les rayons lumineux arrivent directement, avec le moins
d'interférences, et c'est là que la densité de photorécepteurs est la plus importante.
Le cristallin est une capsule mince et élastique, composée de cellules anucléées et de fibres
spécifiques. Elle joue le rôle d'une lentille biconvexe.
Le cristallin et son ligament suspenseur divisent le globe oculaire en deux chambres. La chambre
antérieure est remplie d'un liquide, l'humeur aqueuse, qui est continuellement renouvelée. La chambre
postérieure est remplie d'une substance gélatineuse transparente, le corps vitré, ou humeur vitré.
Le corps vitré contribue à la pression intra-oculaire, et ainsi à la forme de l'œil.
1.1.2.
Rôle de la rétine :
L'image d'un objet perçue par notre œil est constituée par la multitude de rayons lumineux que celuici reflète. Les rayons lumineux se propagent de façon rectiligne.
En effet, l'œil peut se ramener à un montage simple constitué d'une lentille convergente, d'un écran,
d'un pinceau lumineux de taille ajustable via un diaphragme. Ces éléments seraient alignés suivant un
axe : l'axe optique principal. Cet axe est la droite passant par le centre optique (centre de la lentille)
et par le centre de courbure d'une des faces sphériques de la lentille. Toute autre droite passant par
le centre optique est un axe optique secondaire.
Remarque: Un rayon lumineux passant par le centre optique d'une lentille convergente n'est pas dévié.
L'axe optique
Si nous assimilons notre organe visuel, l'œil, à un appareil photo, la rétine correspondrait à la pellicule
de l'appareil. Comme celle-ci, la rétine reçoit une image inversée des objets. Au niveau de la rétine,
deux phénomènes se réalisent : dans un premier temps, la traduction de l'énergie de la lumière
contenue dans l'image en signaux électro-chimiques puis le traitement de ces signaux pour coder
l'image sous forme d'un ensemble d'impulsions électriques propagées par les fibres du nerf optique.
La rétine se compose de 3 couches de cellules :
- la première est formée de cellules nerveuses spécialisées, les photorécepteurs. Ceux-ci
génèrent et transmettent les signaux électriques, supports de l'information nerveuse. Il existe 2
formes de photorécepteurs : les premiers (en forme de bâtonnets) permettent de reconnaître
uniquement l'intensité lumineuse et les secondes (en forme de cônes) les couleurs. Chaque cône ou
bâtonnet contient un pigment qui est frappé par la lumière ce qui provoque un changement de forme
puis une réaction chimique dans les photorécepteurs. Ceux-ci émettent ensuite un signal nerveux
(électrique) qui est transmis aux cellules de la couche intermédiaire.
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- les cellules bipolaires, qui forment cette deuxième couche, servent à réunir les messages
venus de plusieurs photorécepteurs pour ensuite les envoyer vers la dernière couche.
- Celle-ci est constituée de cellules ganglionnaires, prolongées par des fibres nerveuses qui en
se réunissant forment le nerf optique.
1.1.3.
Rôle du cerveau :
Enregistrée au niveau de la rétine, l'image décomposée en messages visuels aboutit donc en passant
par la région de croisement des deux nerfs, le chiasme, à une région du cerveau qui recompose l'image
: le cortex visuel.
C’est là que l’image va commencer à être reconstituée à partir des champs récepteurs des cellules de
la rétine.
1.2.
Eclairage et métamérisme :
La couleur est la perception que nous avons des différentes longueurs d’onde qui constituent la
lumière visible. Cet ensemble de longueurs d’onde qu’on appelle le spectre de la lumière s'étend du
violet (longueur d’onde = 400 nanomètres) au rouge (longueur d’onde = 700 nanomètres). Au-delà de
ces longueurs d’onde, la lumière devient invisible et on entre dans le domaine de l’ultraviolet (rayons
responsables du bronzage) et dans l’infrarouge ou rayonnement calorique.
Dans les métiers de l’industrie graphique, l'éclairage joue un rôle primordial. La finalité de la gestion
des couleurs étant de comparer une épreuve imprimée avec celle de l'écran, il faut se donner les
moyens de voir cette épreuve sous un éclairage stable et constant.
On appelle métamérisme les variations de couleur que subit un objet en fonction des différentes
sources lumineuses qui l'éclairent. Cet effet est directement lié à la distribution spectrale de la
source lumineuse. Si il n'y avait que le soleil pour nous éclairer on ne parlerait pas de couleurs
métamères.
Le métamérisme est la propriété d’une couleur à modifier son aspect visuel selon la nature de la
lumière qui l’éclaire. Un imprimé coloré (couverture ou jaquette de livre, habillage de boîtes de
conserve, emballage, tissu, etc.) est inévitablement destiné à recevoir les éclairages les plus divers.
On voit donc toute l’importance de veiller à utiliser des couleurs qui ne soient pas métamères et qui
gardent donc le même " impact visuel " sous la lumière du jour et sous la lumière artificielle, qu’elle
soit incandescente ou fluorescente.
2. Mesure de la couleur :
2.1. La lumière :
1) Définition de la lumière :
- aspect ondulatoire : c’est une ensemble d’ondes électromagnétiques se propageant dans les
milieux transparents (ex : air, eau, verre…) et aussi dans le vide.
- aspect corpusculaire : c’est un ensemble de grains de matière ou corpuscules appelés photons
qui transportent de l’énergie.
2) Définitions :
La lumière peut avoir :
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- une source naturelle : soleil (les étoiles), ver luisant, certains champignons et poissons,
flamme d’un corps en combustion…
- une source artificielle : lampes à filament, tube fluorescent, diode électroluminescente,
écran TV…
Différence entre :
- Source primaire : émettant sa propre lumière
- Source secondaire : objet éclairé renvoyant une partie de la lumière reçue.
Une onde est définie par sa longueur d’onde :  c’est la distance parcourue par l’onde pendant une
période T d’émission de la source. Son unité est le m.
-  est la puissance rayonnée par une source lumineuse le long des rayons lumineux. est le débit de
lumière ou quantité globale de lumière émise par une source dans toutes les directions.
Il s'exprime en lumen (lm)
- puissance électrique absorbée : énergie électrique consommée par unité de temps, en watt (W)
, en lm/W , elle représente une sorte de rendement de la
source entre ce qu’elle a absorbé en watt et ce qu’elle peut fournir en flux lumineux.
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3) Spectre d’émission :
L’apparition des couleurs s’obtient par une décomposition spectrale de la lumière appelée : dispersion.
Exemple : la réfraction de la lumière blanche dans un prisme est accompagnée d’une décomposition,
c’est la dispersion de la lumière blanche.
4) Température de couleur :
La couleur est intimement liée à la lumière et quand la lumière du jour varie au fil des heures, les
couleurs changent également depuis la dominante bleutée du milieu de la journée au jaune orange au
crépuscule. Pour caractériser cette dominante colorée, on parle de température de couleur.
C'est une notion très importante pour les gens qui manipulent des images en couleur, car cela signifie
que la référence que l'on nomme blanc peut prendre une teinte non neutre qui va influencer
l'ensemble des couleurs.
Les objets qu'on chauffe à très haute température émettent d'abord des rayons infrarouges, puis
une lumière visible rouge, puis progressivement orangée, jaune, blanche et enfin bleutée.
Les températures correspondantes aux teintes obtenues offrent une échelle sûre et pratique pour
évaluer la coloration d'une source lumineuse.
C’est Lord Kelvin (1824-1907) qui a eu l’idée de comparer les variations de couleur de la lumière du
jour avec celles d’un corps non coloré ( le corps noir) que l’on chauffe à haute température et qui
passe successivement du rouge, au jaune, au blanc et enfin au bleu. Il propose ainsi une comparaison
commode pour caractériser les illuminants naturels ou artificiels. La température de couleur est donc
l'indice de neutralité du blanc.
Le kelvin (K) est l'échelle absolue pour mesurer la température. Une température de 0 K correspond à
273,15 °C.
2.2.
Colorimétrie :
La colorimétrie est l’ensemble des techniques qui permet la définition, la comparaison et d’une
manière générale, l’étude des couleurs.
En effet, les propriétés physiques du flux lumineux, qui frappe la rétine, sont mesurables. Il est
beaucoup plus difficile de mesurer la sensation chromatique qui en résulte (deux couleurs
physiquement différentes peuvent être perçues par l’œil comme étant identique). C’est pourquoi on
les définit par rapport à un observateur standard.
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N’importe quelle couleur peut être définie à partir de trois paramètres :
- La luminance, en langage commun, la clarté
- La tonalité chromatique caractérisée par la longueur d’onde, elle indique la couleur pure (la
teinte) monochromatique dont la couleur complexe s’approche le plus
- La saturation (facteur de pureté) : elle permet d’estimer la proportion de couleur
chromatiquement pure contenue dans la sensation totale (ou autrement dit, elle correspond à
l’ajout de lumière blanche à une lumière monochromatique). En langage, on parle de pur, lavé.
La teinte, la luminance et la saturation peuvent être toutes les trois modifiées par une variation de
l’un des paramètres physiques caractérisant la lumière, la longueur d’onde ou la composition spectrale,
de même que par des modifications de l’environnement (fatigue, éblouissement, nuit jour, contraste
simultané ou successif).
Notion de couleur d’un objet : Un objet qui n’émet rien, présente une couleur qui dépend de,
- sa lumière d’éclairage (composition spectrale et intensité lumineuse),
- l’œil qui la perçoit
- la nature de l’objet lui-même (absorbant, diffusant, réfléchissant, transparent).
Un objet (ou ses colorants, sa peinture) va réduire ou annuler l’intensité de telles ou telles longueurs
d’ondes contenues dans la lumière d’éclairage. Ces pertes d’intensité propres à chaque longueur d’onde
peuvent venir :
- de l’absorption par sa matière,
- de la diffusion dans toutes les directions,
- de la réflexion dans d’autres directions que celles de l’œil,
- de la transmission s’il y a transparence.
Un objet est parfaitement blanc, s’il diffuse sans absorption toutes les radiations de la lumière qu’il
reçoit, noir quand il les absorbe intégralement.
Si un objet semble coloré, c’est parce qu’il élimine la couleur complémentaire.
2.3. Production des couleurs :
2.3.1. Absorption et réflexion de la lumière :
Pour caractériser l’action d’un filtre, on s’intéresse à sa courbe de transmittance (% de radiations que
transmet le filtre par réflexion en fonction de la longueur d’onde) ou à sa courbe d’absorption (% de
radiations qu’absorbe le filtre en fonction de la longueur d’onde). Pour une courbe de transmission, on
analyse les caractéristiques d’une radiation lumineuse réfléchie (transmise par une surface). La valeur
100 est attribuée à la lumière incidente (tombant sur la surface).
2.3.2.
Synthèses additives et soustractives :
L'écran de TV est éclairé par trois couleurs, alors que, dans le cas d'une illustration, le papier
(généralement blanc) est assombri par les couleurs utilisées.
Dans le premier cas on dit que les couleurs sont reconstituées par synthèse additive (on part du noir
et on l'éclaire par des couleurs). Dans l'autre cas, la synthèse est soustractive (on part du blanc et on
l'obscurcit au moyen de couleurs).
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1) Synthèse additive :
On parle de synthèse additive des couleurs quand on additionne plusieurs sources lumineuses colorées
pour former une nouvelle couleur. L'exemple le plus parlant pour illustrer la synthèse additive est le
mélange de couleurs à l'aide projecteurs lumineux.
Le postulat de la synthèse additive est tout simple : en utilisant seulement trois des couleurs de
l'arc-en-ciel, il est possible de reconstituer la lumière blanche, en d’autres termes en additionnant la
couleur des trois faisceaux rouge, vert, bleu, on obtient le blanc. Leur mélange en différentes
proportions donneront toutes les autres couleurs. Le mélange deux par deux des primaires donnera
une couleur deux fois plus claire qui est la complémentaire de la troisième. La synthèse additive
concerne tous les mélanges de couleurs d’origine lumineuse tels que les spots, projecteurs trichrome,
moniteurs CRT ou LCD, scanners, appareils photo numériques, etc.
Dans la synthèse additive, la superposition du faisceau rouge et du faisceau bleu donne une nouvelle
couleur, le magenta. On remarque également que les luminosités du rouge et du bleu s'additionnent
pour donner une couleur plus claire que les primaires. La couleur la plus claire du système est le
mélange de toutes les sources primaires.
Les couleurs primaires qui sont le rouge, le vert et le bleu.
Rouge + vert => jaune
Rouge + bleu => magenta
Bleu + vert => cyan
Rouge + vert + bleu => blanc
Les couleurs complémentaires sont les couleurs qui, combinées, contiennent toutes les couleurs du
spectre et aucune en commun.
Les 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
Les couleurs intermédiaires sont reproduites en faisant varier l'intensité des faisceaux lumineux. Ce
principe est utilisé pour la reconstitution des couleurs en télévision ou sur les écrans d'ordinateurs.
Une image RVB est composée de la somme de trois sources lumineuses rouges, vertes, et bleues dont
les faisceaux superposés à l'intensité maximale produisent un rai de lumière blanche, et l'extinction
une zone aussi noire que l'éclairage ambiant le permet (c'est la raison pour laquelle vous avez installé
le moniteur de votre ordinateur dans une pièce où règne, autant que faire se peut une certaine
pénombre, et qu'un rayon de soleil qui frappe en plein un écran le rend presqu'illisible).
La gamme des couleurs reproductibles par ce mode, quoique conditionnée par la qualité du matériel
employé, est très étendue, et supporte bien les couleurs saturées. En contrepartie, elle convient mal à
la restitution des nuances délicates des hautes lumières, et des tons pastels.
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2) Synthèse soustractive :
Cette méthode consiste à soustraire à la lumière blanche ses composantes bleues, vertes et rouges à
l'aide de filtres respectivement jaunes, magenta et cyan.
Jaune + magenta => rouge
Jaune + cyan => vert
Magenta + cyan => bleu
Jaune + magenta + cyan => noir
Les nuances intermédiaires sont obtenues en faisant varier l'absorption des filtres.
Dans la synthèse soustractive tout est inversé par rapport au système additif. La source lumineuse
est le blanc du papier. Chaque dépôt de colorant sur le papier va soustraire une certaine quantité de
luminosité au papier.
La synthèse soustractive est utilisée dans l’imprimerie, les couleurs primaires sont le cyan, le
magenta, le jaune et le noir (que l'on est obligé de rajouter car sa formation à partir des trois autres
couleurs est, pour des raisons d’impureté, impossible).
La superposition de l'encre cyan et de l'encre jaune donne une nouvelle couleur, le vert. On remarque
également dans ce mélange qu'on soustrait au papier les luminosités du cyan et du jaune, ce qui donne
une couleur plus foncée que les primaires. La couleur la plus foncée du système est le mélange de
toutes les encres primaires.
En utilisant seulement trois colorants sur une feuille de papier blanc, il est possible de reproduire la
presque totalité des autres couleurs. Le mélange deux par deux des primaires donnera une couleur
plus foncée qui est la complémentaire de la troisième.
La synthèse soustractive concerne tous les mélanges de couleurs exploitant l'éclairement d'un
support comme la peinture artistique, la teinture, les encres d'imprimerie ou d'imprimantes, mais
aussi la superposition de filtres colorés sur une table lumineuse, la projection d'une diapositive sur un
écran, certains procédés de tirages photographiques, etc.
Il n'est pas toujours évident de définir si un procédé de production des couleurs fait appel à la
synthèse additive ou à la synthèse soustractive. Pour en connaître le principe, il suffit d'observer si
un mélange de couleur donne une nouvelle couleur plus claire ou plus foncée que celles qui l'ont généré.
CMJN :
L’affichage des différentes couches des couleurs primaires en niveaux de gris est utilisé en
quadrichromie afin de devenir des films offset.
2.3.3.
Phosphorescence :
La phosphorescence est une propriété remarquable. Lorsqu'un atome est excité, normalement, il se
désexcite rapidement. C'est presque immédiat. Seulement, pour certaines matières, cette
désexcitation est (très) lente. Les atomes restent un certain temps dans un état excité, et
retombent dans leur état fondamental (pas excité) petit à petit en émettant de la lumière. Un
matériau phosphorescent continue donc d'émettre de la lumière bien après en avoir reçu !
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