Couleur primaire

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Une couleur primaire ou élémentaire est une couleur dont le mélange avec ses homologues permet de reproduire une grande palette de couleurs, idéalement l'ensemble des couleurs visibles. Pour la synthèse additive (écrans...), les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu ; pour la synthèse soustractive (imprimerie...), il s'agit du magenta, du cyan et du jaune. En peinture, on parlait par méconnaissance, il y a longtemps, de rouge, jaune et bleu.

 
 
 
Le magenta, le cyan et le jaune, de haut en bas.

Définition et historique[modifier | modifier le code]

La notion de couleur primaire est arbitraire, puisque dépendante directement du système utilisé pour représenter les couleurs. On peut par exemple considérer que dans les premières œuvres d'art rupestre, l'ocre de la terre, le noir de la suie et le beige clair de la pierre, sont les trois couleurs primaires d'un système rudimentaire permettant déjà de générer certaines couleurs intermédiaires. On peut aussi considérer qu'il y a bien six couleurs primaires dans le cas d'une peinture réalisée à partir de ces six couleurs, du moment qu'aucune ne peut être obtenue par mélange des autres.

Cependant, l'usage courant est d'appeler "couleurs primaires" les trois couleurs les plus efficaces dans un système donné, ce nombre réduit permettant déjà de couvrir une grande part des couleurs possibles.

Explication scientifique[modifier | modifier le code]

La lumière est composée de photons pouvant chacun correspondre à une couleur monochromatique différente. Seul un spectromètre est capable d'analyser simultanément une telle diversité de photons. L'œil humain effectue une analyse approximative grâce à trois types de cônes dont les pics de sensibilité correspondent approximativement aux couleurs rouge, verte, et bleue.

Inconvénient : nous sommes par exemple incapables de distinguer la différence entre un flux lumineux composé uniquement de photons oranges, et un flux lumineux composé d'un mélange de photons jaunes et rouges (métamérisme), alors qu'un spectromètre sera capable de différencier la composition des lumières émises par une carotte et l'encre d'un stylo orange.

Avantage : cela simplifie grandement le processus de reproduction des couleurs. Inutile de chercher à reproduire le spectre initial dans toute son éventuelle complexité, il suffit que le spectre synthétisé excite de la même façon nos cônes. Ainsi, seulement trois couleurs bien choisies suffisent à simuler pour notre œil la majorité des spectres possibles. Cette tridimensionnalité de la perception humaine des couleurs permet aussi de décrire les couleurs que nous pouvons percevoir selon les trois paramètres de teinte, saturation et luminosité.

Les couleurs primaires en synthèse additive[modifier | modifier le code]

Synthèse additive : des rayons de lumière se superposent.

Dans ce cas, on fabrique directement les photons qui vont atteindre notre œil. On obtient une excellente couverture des couleurs possibles en choisissant les trois couleurs correspondant aux pics de sensibilité de nos cônes (la couverture serait même parfaite si on pouvait exciter directement notre nerf optique).

Ces valeurs varient d'un individu à l'autre.

En 1931, la commission internationale de l'éclairage (CIE) a fixé des primaires mathématiques de référence pour les calculs, en adoptant les longueurs d'onde suivantes[1] :

  • rouge : chiffre rond de 700 nm,
  • vert : 546,1 nm (correspondant à une raie spectrale du mercure),
  • bleu : 435,8 nm (autre raie du mercure).


Les couleurs secondaires obtenues par addition de deux couleurs primaires sont le magenta (R+B), le jaune (R+V) et le cyan (B+V). La somme des trois flux donne de la lumière blanche (R+B+V).

La modulation de l'intensité des flux lumineux additionnés permet d'obtenir toutes les teintes intermédiaires.


On utilise la synthèse additive pour la plupart des technologies d'écrans couleur : le tube cathodique des anciennes télévisions, l'écran LCD, l'écran à plasma, le vidéoprojecteur en sortie (voire parfois en interne). On l'utilise également pour le capteur des appareils photographiques numériques, la diode électroluminescente (ou LED) multicolore, l'éclairage de scène, la plupart des formats de fichier d'image...

L'éclairage de scène, les LED multicolores dépolies, ou les vidéoprojecteurs à trois objectifs font partie des rares cas ou l'addition ne se fait pas par tramage, mais par une réelle superposition des flux lumineux.

Les couleurs primaires en synthèse soustractive[modifier | modifier le code]

La synthèse soustractive : des filtres se supperposent, la lumière est absorbée.

En synthèse soustractive, on part d'une lumière blanche, pour lui soustraire ensuite certaines de ses composantes à l'aide de filtres.

  • En passant à travers un filtre magenta, qui laisse passer le rouge et le bleu, on lui soustrait sa composante verte.
  • En passant à travers un filtre jaune, qui laisse passer le rouge et le vert (et le jaune), on lui soustrait sa composante bleue.
  • En passant à travers un filtre cyan, qui laisse passer le bleu et le vert (et le cyan), on lui soustrait sa composante rouge.

En associant deux filtres, on obtient les teintes secondaires de la synthèse soustractive, qui ne sont autres que les couleurs primaires de la synthèse additive. Exemple : en passant à travers un filtre magenta puis jaune, seul le rouge subsiste, puisqu'on a supprimé la composante verte puis bleue de la lumière blanche. On peut aussi considérer aussi ce rouge comme le résultat d'une opération d'intersection des bandes spectrales que laissent passer les filtres magenta et jaune :

M ∩ J = (R ∪ B) ∩ (R ∪ V) = R.

L'utilisation combinée des trois filtres bloque tout le spectre lumineux, donnant du noir :

M ∩ J ∩ C = \varnothing \,.

Dans certaines applications (imprimerie, papier photo argentique couleur...) la lumière effectue un aller retour dans ces couches de filtres. Le retour ne modifie pas la couleur obtenue, celle-ci ayant déjà été filtrée à l'aller. On obtient les teintes intermédiaires soit en modulant la densité des filtres (papier photo argentique couleur...), soit à l'aide d'une trame (imprimerie...).

On utilise la synthèse soustractive pour l'imprimerie et les formats de fichiers dédiés à l'imprimerie, le mélange des encres en général, le papier photographique couleur, la diapositive (comme l'ektachrome), la pellicule de cinéma, la majorité des vidéoprojecteurs en interne... La quadrichromie CMJN utilisée en imprimerie s'inscrit parfaitement dans ce cadre. En effet, le noir(N) n'est pas dans ce système une couleur primaire, puisqu'on peut l'obtenir en superposant les 3 premières. Sa présence permet seulement de réduire les coûts d'impression en utilisant moins d'encre de couleur. En revanche les pellicules couleurs argentiques non inversibles, appelées négatifs couleur, sont un cas un peu particulier du fait de l'utilisation de couleurs complémentaires.

Les couleurs primaires en peinture[modifier | modifier le code]

La peinture est un cas épineux pour des raisons culturelles et techniques.

Culturelles, car les différents usages artistiques ou techniques d'une part, et scientifiques d'autre part, créent une ambiguïté dans le vocabulaire utilisé. Ainsi il était habituellement convenu en peinture que les couleurs primaires étaient le rouge, le jaune, et le bleu. Or ce rouge serait plus précisément du "rouge-magenta", le rouge utilisé en synthèse additive étant qualifié de vermillon. De même, ce bleu se rapprocherait du cyan, le bleu utilisé en synthèse additive étant plutôt appelé bleu outremer... voire parfois indigo.

Techniques, car si la superposition des pigments dans l'épaisseur de la peinture induit plutôt un comportement de type soustractif, leur juxtaposition en surface induit plutôt un comportement de type additif (si la peinture se comportait exclusivement comme une synthèse soustractive, le mélange de rouge et de jaune devrait donner du rouge, pas de l'orange). Cela explique les problèmes de désaturation lors des mélanges, et le domaine très réduit de couleurs générées par les trois couleurs primaires en peinture, par rapport aux pures synthèses additives et soustractives (les peintres se contentent rarement de trois pigments).

Limites[modifier | modifier le code]

Au cours du XXe siècle notamment, les études de plus en plus poussées sur la lumière et sa perception par l'œil humain ont permis de mieux cerner les limites de la notion de couleurs primaires. Il faut néanmoins souligner que les trois exemples de nuances, donnés dans ce paragraphe, à la notion de couleurs primaires, ne sont bien que des raffinements d'un concept extrêmement efficace.

L'une de ces limites, et certainement la plus facile à appréhender, est liée à l'intensité lumineuse. L'efficacité des cônes qui assurent la vision colorée pour l'œil humain est plus faible que celle des bâtonnets. Ces derniers ont un spectre de sensibilité plus large et quasiment uniforme d'un bâtonnet à l'autre. Lorsque la stimulation lumineuse est faible, le rôle des bâtonnets devient prédominant dans la vision et la perception des couleurs en est amoindrie.

Par ailleurs nous ne sommes pas tous égaux devant la perception des couleurs. Des standards internationaux de couleurs primaires ont été initialement établis en 1931 par la commission internationale de l'éclairage (CIE) à partir d'études statistiques sur quelques sujets ethniquement semblables. Il existe cependant une grande variance des phénotypes en la matière. Par exemple certains individus posséderaient quatre types de cônes (cf. article cônes), alors que d'autres souffrent de daltonisme ou d'achromatopsie (absence totale de vision des couleurs).

En outre, le capteur (l'œil), n'est pas totalement déterminant dans la perception des couleurs. La transmission et surtout l'interprétation du signal est essentielle. Ainsi, en fonction de l'éducation et de l'environnement certaines populations sont amenées à distinguer des nuances de couleurs indiscernables pour d'autres. Des études ethnologiques chez certaines populations d'indiens d'Amérique du sud ont par exemple mis en évidence l'abondance des nuances de verts qu'ils peuvent distinguer. Il est probable que les approximations techniques et ethniques qui président au choix des couleurs primaires soient beaucoup moins valables pour de tels groupes ethniques et que de nombreuses nuances des couleurs, connues par ces derniers, soient difficilement représentées par les standards de la CIE.

Note sur la télévision[modifier | modifier le code]

À la télévision les couleurs ne sont pas présentées successivement (une image rouge puis une image verte puis une image bleue) ; le faible nombre d'images par seconde (25 en PAL ou SECAM comme en France, 29,97 en NTSC comme au Québec) ne permettrait pas la fusion des couleurs primaires par persistance rétinienne et provoquerait de surcroît des franges colorées sur les objets en mouvement. Les couleurs sont donc présentées simultanément.

Ce système de présentation successive des primaires est toutefois utilisé dans les projecteurs vidéo n'utilisant qu'un seul modulateur (matrice DLP) plus une roue rotative de filtres RVB. Chaque succession de primaires est alors projetée plusieurs fois pour chaque image, la cadence passant à 144 flashes par seconde pour faciliter la fusion. Cette cadence semble toutefois insuffisante pour certains spectateurs qui perçoivent des franges colorées sur certaines images. Par ailleurs les flashes sont d'autant plus perceptibles que l'image est lumineuse, jusqu'à une fréquence limite proche de celle des vidéoprojecteurs.

Acception sémantique[modifier | modifier le code]

Dès lors, on comprend parfaitement l'anthropocentrisme, voire l'ethnocentrisme, de la notion de couleurs primaires — un animal ayant des cellules différentes au fond des yeux perçoit les couleurs différemment de nous. Dans ce contexte, en se souvenant d'une part des limites de la notion de couleurs primaires, et d'autre part que par « couleur primaire » on entend couleur faisant partie d'un ensemble qui, par combinaison, permet de générer l'ensemble des couleurs perceptible par l'œil humain, il apparaît raisonnable de définir deux ensembles de couleurs primaires. Les unes utilisées pour générer des couleurs par émission de lumière et les autres pour les générer par absorption.

Dans des contextes particuliers, il est parfaitement envisageable de définir une autre acception du terme « couleur primaire ». Par exemple en peinture, si un artiste décide de faire un tableau à partir de pigments cyan, jaune et rouge, on pourrait dire que ces trois couleurs sont les couleurs primaires de son œuvre. Ou encore dans un contexte médical, on pourrait concevoir qu'un médecin s'attache à définir les couleurs primaires perçues par son patient daltonien. Un naturaliste pourrait également entreprendre l'étude de l'œil de tel ou tel animal et dans ce contexte définir d'autres couleurs primaires que celles attachées à l'œil humain « moyen »[2].

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Psychologie de la perception. Par André Delorme. Editions Vigot. ISBN 2-7607-0090-9
  2. au sens de la CIE