Couleur

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Un tableau de laine huichol coloré Quartier de la Boca, Buenos Aires, Argentine On nomme couleur la perception par l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s). Il importe de ne jamais confondre couleur, notion perceptive, et longueur d'onde, notion physique. Ainsi, l'œil humain est le plus souvent incapable de distinguer un jaune monochromatique (une seule longueur d'onde) d'une composition correspondante de vert et de ro
Couleur

Un tableau de laine huichol coloré Quartier de la Boca, Buenos Aires, Argentine On nomme couleur la perception par l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s). Il importe de ne jamais confondre couleur, notion perceptive, et longueur d'onde, notion physique. Ainsi, l'œil humain est le plus souvent incapable de distinguer un jaune monochromatique (une seule longueur d'onde) d'une composition correspondante de vert et de rouge. Cette illusion permet d'afficher du jaune sur nos écrans d'ordinateur, et, plus généralement n'importe quelle couleur grâce à la synthèse additive trichrome. L'arc-en-ciel étant le spectre des longueurs d'ondes monochromatiques, ne comporte qu'un faible sous-ensemble des couleurs visibles par l'œil humain (mais a contrario contient des longueurs d'ondes invisibles à l'œil humain). Le rose, par exemple, n'y figure pas : il s'agit d'un panachage que ne peut restituer aucune longueur d'onde monochromatique. Le rose est en effet constitué par l'accumulation de plusieurs ondes monochromatiques. 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.

Définition

L'ensemble des couleurs est défini, actuellement, très souvent par ses trois caractéristiques de teinte, valeur et saturation. Le système LaB a tendance à le remplacer dans les systèmes colorimétriques avancés.Sur le cercle chromatique, on trouve: des couleurs complémentaires, des tons chauds et froids, des couleurs dites secondaires, des couleurs primaires, et des valeurs( blanc et noir ) L'ensemble des fréquences des ondes lumineuses forme le spectre des teintes (souvent appelé spectre des couleurs) allant des infrarouges aux ultraviolets.
-Il n'y a que deux valeurs. Le blanc et le noir. Les gris, qui sont des teintes du blanc et du noir, sont cependant des couleurs, et non des valeurs.
-On nomme « teinte » la ou les fréquences engendrant l'impression chromatique. En situation non expérimentale, plusieurs fréquences coexistent toujours, mais elles ont pour résultante une dominante chromatique.
-On nomme « valeur » l'amplitude lumineuse définissant la couleur ; plus elle est proche du noir, plus la valeur est basse.
-On nomme « saturation » la vivacité (la pureté) d'une couleur, et par opposition, on appelle désaturation, son mélange, plus ou moins important, avec un gris de même valeur. Les « gris » sont des valeurs particulières sur l'axe noir-blanc. Il s'agit toujours d'un mélange (en synthèse additive) d'égale proportion et avec la même valeur des trois couleurs primaires rouge, vert et bleu. En synthèse soustractive les trois couleurs seraient le cyan, le jaune et le magenta. Chacun des gris peut être considéré comme une couleur dépourvue de teinte ; le noir et le blanc sont des gris extrêmes. Le noir est un gris de valeur nulle et correspond à l'absence de toute lumière (aucune lumière n'est reçue par l'œil). Le blanc est un gris de valeur maximale et peut être considéré comme une plénitude de couleurs (l'ensemble des fréquences d'onde lumineuse est reçu l'œil avec une valeur maximale). Notons qu'en toute rigueur, il n'existe pas un blanc, mais une infinité de blancs, dont chacun se caractérise par sa température de couleur : en photographie-couleurs et en vidéo, on distingue couramment le blanc à environ K (kelvins) d'une lampe à incandescence classique, le K d'une lampe photoflood au tungstène, le K d'une lampe à arc et le K d'un flash électronique ou du Soleil.

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. En théorie, ces trois longueurs d'onde optimales, que l'on appelle couleurs primaires, sont celles, complètement saturées, dont les teintes correspondent au maximum de sensibilité des trois types de cellules en forme de cône qui tapissent la rétine d'un œil humain normal (donc non atteint de daltonisme ou autre dyschromatopsie). Les trois couleurs primaires sont les suivantes :
- rouge primaire ;
- vert primaire ;
- bleu primaire. Tout ceci correspond à ce qu'on appelle en français le système Rouge vert bleu (RVB) ou en anglais Red Green Blue (RGB). 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 donne 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 sombre. 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 du système additif.
- cyan fondamentale ;
- magenta fondamentale ;
- jaune fondamentale. 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 ;
-le vert en mélangeant le cyan et le jaune ;
-le rouge en mélangeant le magenta et le jaune. 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. Enfin, un noir obtenu par le mélange des trois fondamentales serait à la fois coûteux (mélange de trois encres chères) et de qualité douteuse (car la superposition n'en est jamais parfaite, ni l'opacité). 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. Toutefois, ce procédé n'est généralement pas utilisable pour des illustrations courantes comme celle d'un magazine.

Problèmes en peinture

En peinture, on préfèrera prendre plus de couleurs de base, car même si les cyans, magentas et jaunes utilisés sont très vifs (valeur très importante), ils perdent de leur vivacité en se mélangeant, ce qui pourrait limiter la palette de l'artiste. Retenons qu'en synthèse soustractive (utilisant des pigments), contrairement à la synthèse additive, le mélange de plus de deux couleurs ne dénature pas celles-ci, et le mélange de plusieurs couleurs lui fait systématiquement perdre en valeur. Un autre 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 convenant à la peau, 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.

Principe physiologique de la couleur

La décomposition de la couleur par les systèmes humains rouge, vert et bleu, est surtout due au fait que ce sont les 3 couleurs auxquelles sont le mieux adaptés les 3 types de cônes qui servent à la réception de la couleur dans l'œil humain (les bâtonnets sont plutôt sensibles à l'intensité de la lumière) :
- Les cônes L, sensibles aux ondes longues (700 nm), donc les rouges
- Les cônes M, sensibles aux ondes moyennes (546 nm), donc les verts
- Les cônes S, sensibles aux ondes courtes (436 nm), donc les bleus

Méthodes soustractive et additive

Compte-fils 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 la complémentaire du vert, c'est-à-dire les violets et ultraviolets. 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).

Tableau de teintes

spectre

Couleurs métamères, une fonction de l'œil

Comment peut-on concilier les deux phénomènes exposés plus haut ? D'un côté, l'étude de la décomposition de la lumière nous apprend que les couleurs pures sont monochromatiques, que le vert a sa longueur d'onde caractéristique, le bleu a une autre longueur d'onde caractéristique, et le jaune, une autre encore. D'un autre côté, le mélange additif de deux couleurs telles que le vert et le rouge en produit une troisième, le jaune. Est-ce que les longueurs d'onde sont modifiées? Non, pas du tout. Pour expliquer la sensation produite par le mélange, il faut faire appel à la physiologie de l'œil. Les cellules sensibles de la rétine, les cônes, transforment tout rayonnement de lumière visible en trois impulsions nerveuses de valeurs variables qui sont acheminées vers le cerveau. Même une lumière monochromatique comme le vert est de cette façon codée par ses 3 valeurs. Or il se trouve que la rétine est incapable de faire la différence entre la lumière monochromatique jaune et la somme des deux lumières verte et rouge, car ses cônes sont excités de la même façon, et envoient les 3 mêmes impulsions nerveuses dans les deux cas . Autrement dit, physiquement les deux lumières sont différentes, car leur composition spectrale est différente. Par contre, l'impression pour l'œil est la même. Des ensembles lumineux de composition spectrale différente qui produisent la même impression colorée sur l'œil sont appelés couleurs métamères.

Différence de couleurs

Généralement

La différence entre deux couleurs pour l'œil humain, peut varier en fonction des gens, et parfois même très légèrement entre les deux yeux d'une même personne (on peut alors s'en rendre compte par clignement). Une différence, qui ne paraît pas évidente pour la majorité des gens pourra paraître nulle pour quelqu'un atteint de daltonisme ou au contraire énorme pour quelqu'un qui est habitué à composer des couleurs tous les jours, comme un peintre ou un imprimeur. À titre indicatif, les tapissiers distinguent cinq cents nuances de rouge. En synthèse soustractive, des couleurs paraissant identiques à deux personnes sous un blanc d'une température donnée (par exemple lumière du jour) pourront leur paraître différentes sous un blanc d'une autre température. Pour cette raison, le système que l'on espérait universel du cube de Hicketier, et qui aurait associé à chaque couleur un numéro unique, n'a pas eu de suite.

Bizarrerie

L'un des 500 brevets déposés par le docteur Edwin H. Land, créateur de la photographie instantanée (Polaroïd) concerne un procédé allégé de restitution de tout le spectre Edwin H. Land, « Color Vision and the Natural Image: Part I », Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 45, No. 1, p. 115-129, janvier 1959.Edwin H. Land, « Color Vision and the Natural Image: Part II », Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 45, No. 4, p. 636-644, avril 1959. à partir de seulement deux couleurs de base, ce qui va à l'encontre de nos connaissances actuelles sur le mécanisme de la vision. Il est à noter que ce brevet, à la différence de beaucoup d'autres inventions de Land, n'a débouché en pratique sur aucune réalisation.

Solution proposée

Cela pose donc des problèmes de référence, qui servirait à vérifier une certaine équivalence, entre deux couleurs différenciées par leur support et médium. La colorimétrie tente donc de résoudre ces différents problèmes. On trouve notamment dans le système CIE L
-a
-b
- la notion de Delta E la différence entre deux couleurs (Lab 1 et Lab 2).

Le langage des couleurs

Crayons de couleurs À chaque couleur des caractéristiques ont été attribuées, voire des propriétés. Le langage des couleurs n'est cependant pas universel et change selon les époques. Dans certaines langues, plusieurs noms peuvent être donnés à une même couleur en fonction du contexte, dans d'autres, on symbolise couramment un ensemble de couleurs par un nom générique : par exemple, les Inuits disposent de 17 mots pour désigner le blanc alors que les Islandais utilisent le même mot pour le vert et le bleu alors même que les Bretons ont des adjectifs pour désigner les diverses couleurs de la mer et du ciel (teintes du gris-bleu au vert-lichen, à diverses intensités). Exemples :
- Le rouge est-il rouge, est-il orangé, vermillon, carmin ou magenta ? (les tapissiers disposent de 500 références de rouge distinctes)
- Le bleu est-il bleu marine, outremer, de cobalt, clair ou cyan ? Par ailleurs, la symbolique des couleurs semble porter des invariants profondscf. notamment Michel Pastoureau, Le Dictionnaire des couleurs de notre temps, Paris, Bonneton, 2004. en même temps qu'elle varie au niveau superficiel selon les cultures. Par exemple, le blanc représente la pureté en Occident et le deuil en Asie. Mais ce qui semble contradictoire est en réalité identique, en effet le deuil en Asie est vécu comme une étape d'accès à la pureté, ce qui renvoie le blanc à la même exigence de pureté tant en orient qu'en occident. En France, la couleur du deuil est souvent associé au noir. Toutefois, le blanc a aussi été une couleur de deuil, notamment celle des reines de France (cf. par ex. Marie Stuart). Se marier en blanc pour évoquer une soi-disant pureté virginale ne remonte qu'à la fin du : auparavant, l'épousée se devait de porter sa plus belle robe et pendant plusieurs siècles, pour la classe paysanne européenne, cette robe était rouge, couleur de la joie, de la fête et du plaisir. La couleur est un des sujets de préoccupation importants de la sémiotique visuelle.

Voir aussi

Références

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