Couleur

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La couleur est la perception faite par la vision de l'intensité de certaines longueurs d'ondes de la lumière visible.

La sensation de couleur prend son origine dans la stimulation de cellules nerveuses spécialisées nommées cônes situés au fond de l'œil.

Les couleurs perçues par l'œil humain peuvent être représentées par un continuum de couleurs à trois dimensions, ce qui rend difficile sa représentation sur une surface comme une feuille ou un écran.

Perception des couleurs[modifier | modifier le code]

Œil[modifier | modifier le code]

L'humain possède trois types de cônes. Certains animaux en possèdent moins ou pas du tout, ainsi la plupart des mammifères -comme le chat- sont dichromates, ne possédant que 2 types de cônes, mais le rat est monochromate avec un seul type de cônes. D'autres en possèdent autant ou plus que les humains : la plupart des oiseaux sont trichromates, avec des exceptions comme le pigeon par exemple qui est pentachromate grâce à 5 types de cônes.

Œil humain[modifier | modifier le code]

L'œil humain comporte trois types de cônes situés principalement sur la fovéa d'un millimètre de diamètre, dépression de la macula (tache jaune) près du centre de la rétine, à quelques degrés de l'axe optique. Ces trois types de récepteurs ont un maximum d'absorption correspondant à trois longueurs d'ondes différentes donnant chacune séparément la sensation de rouge, de vert et de bleu. L'intensité totale perçue par ces cellules sensorielles correspond à la notion de luminosité (clair ou sombre), tandis que les intensités relatives perçues (leur proportion) sont interprétées comme couleur. Si les couleurs vives se démarquent des autres, la limite entre les couleurs n'est pas précise.

Zone de sensibilité des trois cônes et des bâtonnets en fonction de la longueur d'onde

L'œil est sensible à une gamme de radiations électromagnétiques dont la longueur d'onde est comprise entre 380-450 nm environ et jusqu'à 700-1000 nm environ. La gamme de 400 nm à 700 nm est la plus commune.

Cette gamme de longueurs d'ondes est la moins dommageable pour les êtres voyants car des longueurs d'ondes plus courtes que 380 nm endommageraient la structure moléculaire de l'œil tandis que celles plus longues que 720 nm pourraient provoquer des lésions structurelles[1].

  • les cônes L (long), sensibles aux ondes longues, de 470 à 630 nm (gamme de bleu ciel à rouge)[note 1], avec un maximum à 564-580 nm qui est un jaune verdâtre.
  • les cônes M (medium), sensibles aux ondes moyennes, de 440 à 595 nm (gamme de bleu à orange), avec un maximum à 533-545 nm donc dans le vert.
  • les cônes S (short), sensibles aux ondes courtes, d'environ 290 à 470 nm (gamme de violet à bleu ciel), avec un maximum à 420-440 nm, un violet-bleuté.

Les photorécepteurs humains sont en fait sensibles à une bande de longueurs d'ondes correspondant approximativement, conjointement à cet intervalle de 400-700 nm et, individuellement, à ces valeurs (L, M et S). Si le rouge est choisi comme couleur représentative des cônes L et non le jaune, c'est parce que le jaune, bien que correspondant au maximum de sensibilité des cônes L, excite également de façon importante les cônes M (verts), alors que le rouge n'excite majoritairement que les cônes L.

En environnement diurne l'œil humain a une sensibilité maximale à la lumière d'une longueur d'onde d'environ 555 nm, ce qui correspond à une couleur vert jaunâtre. Cette sensibilité correspond approximativement au maximum d'émission du Soleil vers 504 nm, dans le vert bleuâtre. En condition nocturne la sensibilité maximum est d’approximativement 507 nm correspondant à une couleur vert bleuâtre[2].

Les bâtonnets sont un second type de cellules sensibles de l'œil humain. Spécialisés dans la perception de l'intensité de la lumière ils ne sont actifs que dans la pénombre et permettent la vision en faible luminosité (saturés à partir de 500 photons par seconde). Les cônes ne commencent à s'activer qu'à partir de 10 photons par seconde, ce qui explique pourquoi on voit en noir et blanc quand la lumière est faible[3].

Les bâtonnets sont sensibles dans une gamme allant de 415 à 555 nm (gamme de violet à vert) avec un maximum à 498 nm qui est un vert légèrement bleuté.

Chaque individu et chez un même individu chaque œil, n'a pas la même quantité de cônes et bâtonnets. Ainsi la perception des couleurs est différente pour chacun et pour une même personne l'œil droit et l'œil gauche ont une vision légèrement différente.

Les problèmes de vision des couleurs, ou dyschromatopsies, sont souvent regroupés sous le terme de daltonisme. L'absence totale de vision des couleurs est appelée achromatopsie.

Subjectivité[modifier | modifier le code]

Les couleurs[modifier | modifier le code]

Spectre lumineux[modifier | modifier le code]

Le spectre visible.

La lumière visible est la petite partie du spectre électromagnétique visible par l'œil humain. Il n'y a pas de limite précisément définie au spectre visible car les limites varient en fonction des individus et des circonstances.

Tableau de teintes
couleur Longueur d'onde dans le vide (nm) Fréquence (THz) Énergie de photon (eV)
Infrarouge   > ~ 780-1000 < ~ 384-300 < ~ 1,6
rouge   ~ 620-800 ~ 483-375 ~ 1,6 - 2,0
orange   ~ 585–625 ~ 508-472 ~ 2,0 - 2,1
jaune   ~ 560-590 ~ 536-508 ~ 2,1 - 2,2
vert-jaune   ~ 550-575 ~ 540-522 ~ 2,2 - 2,4
vert   ~ 497-560 ~ 604-536 ~ 2,2 - 2,4
vert-bleu   ~ 492 - 530 ~ 600 ~ 2,4
cyan   ~ 487-492 ~ 612-606
bleu azur   ~ 465-487 ~ 652-625
bleu   ~ 435-465 ~ 689-645
violet   ~ 380-440 ~ 790-682 ~ 2,8 - 3,2
ultraviolet   < ~ 300-400 > ~ 1000-750 > 3,3

Les couleurs ci-dessus sont données par ordre de longueurs d'onde décroissantes.

Production des couleurs[modifier | modifier le code]

L'émission de lumière colorée peut être produite selon deux phénomènes :

  • L'incandescence est une émission de lumière due à la chaleur : la flamme d'une bougie, le métal en fusion, un charbon ardent, le Soleil… La couleur dépend de la température. La couleur blanche est définie par le rayonnement d'un corps noir.
  • La luminescence est la propriété de certains corps d'émettre des photons sans changement de température : diodes électroluminescentes, tubes fluorescents, lucioles, écran cathodique…

Un objet éclairé peut modifier la lumière reçue par plusieurs moyens.

Les couleurs résultant d'une interaction lumière/matière sont produites selon plusieurs mécanismes : absorption, diffusion, réfraction (ou dispersion), interférence et diffraction.

Absorption[modifier | modifier le code]

De nombreuses substances comme les pigments et colorants absorbent certaines longueurs d'ondes par exemple la couleur des carottes est due au β-carotène une molécule qui absorbe les longueurs d'ondes entre le violet et le vert. L'énergie absorbée est généralement restituée sous forme de chaleur en rayonnement infrarouge invisible à l'œil. Ceci explique par exemple qu'un objet noir sera plus chaud au soleil qu'un objet blanc.

Il existe des objets réémettant le rayonnement absorbé dans une longueur d'onde différente. Ce mécanisme de réémission explique les couleurs fluo : les pigments fluo absorbent des rayonnements divers et le réémettent sous forme d'une lumière visible unique donnant ainsi une couleur qui semble plus lumineuse que la couleur pure correspondante. C'est le cas également des nanoparticules d'or dans le verre rubis[4].

Diffusion[modifier | modifier le code]

La diffusion provoque à la fois le bleu du ciel et le blanc des nuages

La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière est déviée dans de multiples directions par une interaction avec d'autres objets.

La diffusion Rayleigh intervient quand la taille des particules est petite, inférieure à quelques dizaines de nanomètres. L'intensité diffusée est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de la longueur d'onde : le bleu à 400 nm est plus diffusé que le rouge à 700 nm. L'effet des molécules de dioxygène et diazote de l'atmosphère terrestre provoque ainsi la couleur du ciel et des couchers de soleil.

Quand les particules sont plus grandes elles provoquent une diffusion de Mie qui touche de manière uniforme toutes les fréquences lumineuses. C'est ainsi que les gouttelettes d'eau provoquent la couleur blanc-gris des nuages ou du brouillard[5].

Réfraction[modifier | modifier le code]

La réfraction est un phénomène de déviation d'une onde lorsque sa vitesse change entre deux milieux. Généralement l'indice de réfraction augmente quand la longueur d'onde diminue, les violets sont donc plus déviés que les rouges.

Ce mécanisme décompose une lumière blanche dans ses différentes composantes pour former par exemple les arc-en-ciel que l'on voit dans la nature ou à travers un prisme.

Interférences et diffractions[modifier | modifier le code]

Les irisations d'une bulle de savon ou d'un film d'huile à la surface d'une flaque, ou encore les couleurs à la surface d’un disque compact proviennent d’un phénomène d'interférence.

Couleurs métamères, une fonction de l'œil[modifier | modifier le code]

L'étude de la décomposition de la lumière nous apprend que les couleurs pures sont monochromatiques et que chaque teinte a une longueur d'onde spécifique, mais aussi qu'une teinte peut être obtenue par superposition de deux ou plusieurs longueurs d'onde.

Ainsi l'œil humain est difficilement capable de distinguer par exemple si un jaune est monochromatique, c'est-à-dire formé d'une seule longueur d'onde, ou une superposition de vert et de rouge donnant la teinte à mi-distance : du jaune. Cette illusion permet d'afficher une couleur jaune sur un écran électronique alors que ceux-ci n'émettent en fait que les couleurs rouge, verte et bleue. De même, une lumière blanche dont on aurait atténué certaines ondes dans les violets et les bleus paraîtra jaune. La superposition des deux extrémités du spectre, le violet et le rouge, n'aboutit pas à la couleur à mi-distance le vert mais à une nouvelle gamme de couleur non incluse dans le spectre : la zone des magentas.

Pour expliquer la sensation de couleur équivalente d'une lumière monochromatique et d'une superposition de plusieurs ondes, 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. Toute lumière, même monochromatique, excite chacun des 3 types de cônes et est donc pour ainsi dire codée par 3 valeurs. Cette décomposition ne permet donc pas de différencier une lumière monochromatique et une autre polychromatique qui excitent toutes deux les cônes de la même façon, envoient ainsi les mêmes impulsions nerveuses au cerveau et produisent donc la même sensation de couleur.

Autrement dit, physiquement les deux lumières sont différentes par leur composition (spectrale) mais l'effet physiologique pour la vision et par suite la sensation subjective de couleur sont les mêmes.

Des lumières de compositions spectrales différentes qui produisent la même sensation de couleur sont appelés couleurs métamères.

Mesure et paramètres des couleurs[modifier | modifier le code]

IT8.7/1 Mire de l'entreprise LaserSoft Imaging

Il importe de ne jamais confondre la couleur qui est une notion perceptive et la longueur d'onde qui est une notion physique.

L'arc-en-ciel montre le spectre des longueurs d'ondes monochromatiques. Il ne comporte donc 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 ou le marron par exemple, n'y figurent pas : ils sont constitués par l'accumulation de plusieurs ondes que ne peut restituer aucune longueur d'onde monochromatique.

Comme on l'a vu l'œil humain comporte trois récepteurs de la couleur, respectivement sensibles au rouge, au vert et au bleu. Une couleur peut donc être définie par ces trois composantes en définissant le taux de rouge, de vert et de bleu qui la compose. C'est le système RVB (ou en anglais RGB pour Red Green Blue). Il est très utilisé pour les écrans électroniques mais reste éloigné de notre perception naturelle des couleurs.

Actuellement l'ensemble des couleurs est plus souvent défini par ses trois caractéristiques de teinte, saturation et valeur ou lumière (TSV ou TSL). Le système CIE Lab qui en est proche mais construit plus mathématiquement a de plus en plus tendance à le remplacer dans les systèmes colorimétriques avancés.

On peut partager le cercle chromatique en plusieurs groupes : les couleurs complémentaires, les tons chauds et froids, les couleurs primaires et secondaires, les valeurs blanc et noir.

La différence entre deux couleurs pour l'œil humain peut varier d'un individu à l'autre, et parfois même très légèrement entre les deux yeux d'une même personne (on peut alors s'en rendre compte en fermant un œil puis l'autre). 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.[réf. nécessaire]

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.

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 de résoudre ces différents problèmes. On trouve notamment dans le système CIE Lab la notion de Delta E la différence entre deux couleurs (Lab 1 et Lab 2).

Il existe des formules mathématiques permettant de passer d'un système de référence à un autre.

Le fait que l'on puisse mesurer les valeurs d'une couleur et les chiffrer permet de recevoir des couleurs fidèles pendant une numérisation ou une retouche digitale. Il existe des logiciels dédiés. Par exemple à l'aide d'une mire en Profil ICC utilisés par des logiciels pour la gestion de couleurs et permettant une visualisation et une reproduction fidèle. L'association EDP décerne annuellement un prix pour le meilleur logiciel dans le domaine de gestion de couleurs. i1iSis de X-Rite en 2007 et SilverFast de LaserSoft Imaging en 2008.

Teinte / Tonalité[modifier | modifier le code]

Spectre de la lumière, vertical et descendant.

La teinte désigne un champ chromatique associé à la forme pure d'une couleur sans tenir compte de ses nuances. On nomme donc « teinte » la ou les fréquences engendrant l'impression chromatique sans tenir compte de ses paramètres de luminosité et de saturation. En situation non expérimentale, plusieurs fréquences coexistent toujours, mais elles ont pour résultante une dominante chromatique qui est la teinte.

Le tonalité ou le ton désigne une couleur précise en tenant compte de tous ces paramètres de teintes, saturation et luminosité.

Un ton rabattu est une couleur à laquelle a été rajouté du noir. C'est donc une couleur plus foncée.

Un ton dégradé est une couleur à laquelle a été rajouté du blanc. C'est donc une couleur plus claire.

Saturation / Pureté[modifier | modifier le code]

On nomme « saturation » la vivacité d'une couleur. C'est une dimension principalement basée sur le visuel. Une couleur moins saturée parait plus grise et terne. De fait on appelle désaturation son mélange plus ou moins important avec un gris de même valeur. Une teinte totalement désaturée devient un niveau de gris.

Les « gris » sont toujours une superposition de plusieurs longueurs d'ondes.

Le degré de saturation perçu dépend du degré de pureté de la longueur d'onde. Autrement dit la pureté d'une couleur désigne une teinte sans aucun ajout de blanc c'est-à-dire à la plage de longueur d'onde la plus étroite possible. Plus l'onde est monochromatique plus la couleur est saturée.

Un ton rompu est une couleur à laquelle a été rajouté une proportion de sa couleur complémentaire ou du gris composé des trois primaires. C'est l'inverse d'un ton pur.

Le modèle RVB, désigne par saturation le degré de pureté puisque le mélange des couleurs donne du blanc.

Chromaticité / Chrominance[modifier | modifier le code]

La chromaticité est en colorimétrie définie par un plan perpendiculaire à la luminosité et donnant les informations relatives à la fois à la teinte et à la saturation.

La chrominance recouvre la même définition mais désigne plus spécialement la partie d'une image RVB correspondant à l'information de couleur. Par définition, c'est une mesure utilisée particulièrement en image numérique. En généralisant on peut dire que la chrominance est définie par la longueur d'onde en nm et le facteur de pureté est donné en pourcentage.

Le système colorimétrique de Munsell définit des paramètres TVC : teinte, valeur, chromaticité dans lequel la chromaticité rejoint la définition de la saturation.

Intensité : valeur, luminosité, luminance[modifier | modifier le code]

En photométrie, l'intensité lumineuse est une mesure de l'éclat perçu par l'œil humain d'une source lumineuse ponctuelle. L'intensité d'une couleur est déterminée par l'amplitude de la longueur d'onde.

On nomme « valeur » le degré subjectif de l'intensité lumineuse d'une couleur, sa brillance. Ce sont les paramètres clairs ou sombre d'une teinte. Plus elle est sombre donc proche du noir plus la valeur est basse. Plus elle est claire donc proche du blanc plus la valeur est élevée. Les deux valeurs extrêmes sont le blanc et le noir.

On peut dire que les gris sont des tons du blanc et du noir mais sont cependant des couleurs dépourvues de teinte et non des valeurs. On peut aussi considérer les gris comme des valeurs particulières sur l'axe noir-blanc. Pour composer un gris en synthèse additive les trois couleurs primaires sont en proportion égale et avec la même valeur. Dans cette optique, le noir et le blanc sont des gris extrêmes. Le noir étant un gris de valeur nulle et correspond à l'absence de toute lumière car aucune onde lumineuse n'est reçue par l'œil. Le blanc étant alors un gris de valeur maximale et pouvant être considéré comme une plénitude de couleurs où l'ensemble des fréquences d'onde lumineuse est reçu par 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 2 800 K (kelvins) d'une lampe à incandescence classique, le 3 200 K d'une lampe photoflood au tungstène, le 5 200 K d'une lampe à arc et le 6 500 K d'un flash électronique ou du Soleil.

La « luminosité », dite aussi clarté, est l'interprétation subjective par les yeux et le cerveau humain de cette luminance réelle. Sa définition rejoint celle de la valeur. Les couleurs sont caractérisées par une luminosité intrinsèque. Cela devient évident en convertissant un spectre en niveau de gris. Pour les couleurs pures du plus lumineux au moins lumineux on a le jaune puis le cyan, le magenta, le vert, le rouge et le bleu qui est le moins lumineux. Deux nuances de champ chromatique différent peuvent avoir la même valeur.

La « luminance » est une mesure physique. C'est l'intensité d'une source étendue dans une direction donnée, divisée par l'aire apparente de cette source dans cette même direction. Son unité est la candela par mètre carré, symbole cd.m-2.

La CIE a effectué des expériences pour définir des systèmes colorimétriques correspondant à une vision dénuée de défaut en comparant l'intensité subjective d'une source lumineuse. Ceci a conduit à déterminer que la couleur ayant l'intensité subjective la plus forte a une longueur d'onde proche de 555 nm: c'est un vert-jaune situé vers le milieu du spectre. La CIE a également défini une relation entre luminance et luminosité par une équation mathématique non linéaire dans le modèle colorimétrique CIELAB : par exemple une source lumineuse ayant 18 % de la luminance d'une source de référence est perçue comme un gris moyen de 50 % de luminosité.

En réalité, l'œil perçoit comme blanches des lumières de compositions très différentes, après un certain temps d'accoutumance, à condition que ces lumières contiennent à peu près toutes les longueurs d'onde du spectre.

Nuance[modifier | modifier le code]

Les nuances d'une couleur se rapportent aux différences pouvant même être très subtiles entre différents degrés de cette couleur. Ces différences peuvent porter sur la saturation ou l'intensité pour une même couleur ou porter aussi sur la teinte pour les nuances intermédiaires entre deux couleurs.

Contraste[modifier | modifier le code]

Le contraste est une interprétation subjective d'une différence apparente entre deux objets pouvant porter sur une différence de couleur ou de luminosité.

Indice de rendu de couleur[modifier | modifier le code]

Abrégé en IRC, l’indice de rendu de couleur est la capacité d’une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible sans en modifier les teintes. Cela permet de déterminer la qualité d’une lumière, sa capacité à restituer les nuances sans distorsion. Un IRC 100 correspond à 100 % de restitution, un IRC 20 à 20 %, etc. La lumière du jour est proche de Ra=100 (5400°K à 45° latitude Nord)

Température des couleurs[modifier | modifier le code]

Physiquement, la température de couleur permet de déterminer la température, effective ou virtuelle, d'une source de lumière à partir de sa couleur. Cette couleur varie du rouge orangé à 1 850 K pour la flamme d'une bougie, 2000 K pour le rouge orange du soleil couchant jusqu'à bleuté à 5 000-6 500 K par exemple pour un flash électronique en passant par le jaune pour les températures intermédiaires et pouvant aller jusqu'au blanc bleuté du ciel boréal à 10 000 K. La température de couleur est donc plus élevée dans le champ des bleus et plus basse dans le champ des rouges.

Inversement psychologiquement les couleurs qui expriment le mieux les sensations de chaud et de froid sont respectivement le rouge et le bleu. Ainsi, si nous séparons en deux moitiés le cercle chromatique avec l'orange d'un côté et le bleu azur de l'autre, nous voyons s’opposer les couleurs perçues comme chaudes d'un côté (du jaune au rouge) et les couleurs perçues comme froides de l'autre (du bleu au cyan). Le vert et le violet sont des teintes intermédiaires par exemple la température subjective du vert se réchauffe si on ajoute du jaune et se refroidit si on ajoute du cyan de même pour le magenta qui se réchauffe en ajoutant du rouge et se refroidit avec du bleu.

Restitution des couleurs[modifier | modifier le code]

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), onéreuse et de mise en œuvre aussi contraignante que l'holographie, car fonctionnant elle aussi sur le principe des interférences. Les procédés polychromes (trichromes, quadrichromes, hexachromes…) lui sont donc préférés.

Les recherches ont mené à se rendre compte que trois couleurs permettaient de reconstituer à peu près toutes les autres. Ces trois couleurs de base sont nommées couleurs primaires. Elles sont définies strictement par les possibilités de synthèse soustractive ou additive de la lumière et de la matière mais techniquement n'importe quel groupe de trois couleurs non complémentaires entre elles pourrait être défini comme couleurs primaires. Le mélange de ces primaires donne des couleurs secondaires d'une teinte intermédiaires entre les deux. Le mélange d'une primaire et d'une secondaire donne des couleurs tertiaire puis deux tiers d'une primaire et un tiers d'une autre donne une couleur dite intermédiaire.

La synthèse additive des couleurs est le calcul fait par addition des longueurs d'onde de sources lumineuses.

Par exemple, Si les deux composantes verte et rouge d'un écran électronique sont allumées, les couleurs des phosphores associés (juxtaposés) se superposent, 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 . La synthèse du marron demande sensiblement plus d'essais (conseil : expérimentez en partant du violet, aussi contre-intuitif que cela paraisse).

La synthèse soustractive des couleurs 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 qui sont utilisés dans la photosynthèse.

Dans les deux systèmes, les couleurs primaires mélangées deux par deux donnent des couleurs secondaires et les couleurs complémentaires sont les couleurs combinées qui contiennent toutes les couleurs du spectre et aucune en commun.

Synthèse additive[modifier | modifier le code]

Article détaillé : synthèse additive.
Mélange des lumières primaires (synthèse additive).

La synthèse additive de la couleur de la lumière à partir du rouge, du vert et du bleu, est due au fait que ce sont les trois couleurs de lumière auxquelles sont le mieux adaptés les trois types de cônes qui servent à la réception de la couleur dans l'œil humain.

Le principe de la synthèse additive des couleurs des lumières consiste à essayer de reconstituer l'équivalent de toute couleur visible pour un œil humain 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 pour répondre au mieux à cet objectif.

En observant un arc-en-ciel ce que l'on voit c'est la décomposition de la lumière en plusieurs couleurs par les gouttes de pluie comme le font les 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.Avec un second prisme, il recomposa la lumière solaire.

Le physicien Young fit comme Newton. Il recomposa la lumière. Il fit converger les couleurs du spectre et obtint une lumière blanche. Mais il alla même encore plus loin en démontrant que les couleurs du spectre pouvaient être réduites à trois. C'est-à-dire qu'il pouvait recomposer la lumière blanche avec seulement trois couleurs. Il démontra aussi qu'en les mélangeant deux à deux, il obtenait des couleurs différentes .

Et c'est ainsi que furent différenciées les couleurs primaires.

La synthèse additive 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.

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 donc :

Il existe d'autres systèmes issus des travaux de la Commission internationale de l'éclairage. Ils sont au départ liés au RVB mais s'en sont détachés plus ou moins. Le système ancien de base est le CIE RGB avec un rouge à 700,0 nm, un vert à 546,1 nm et un bleu à 435,8 nm. De cet espace a été déduit le CIE xyY qui sépare la luminance et la chrominance puis le CIE LUV ayant une répartition plus uniforme des couleurs par rapport à la perception humaine. Ce dernier est à la base de nombreux systèmes pratiques dont le plus utilisé est sans doute le CIE Lab qui compte le jaune en tant que couleur de base en plus du rouge, du vert et du bleu.

On nomme couleurs secondaires, ou couleurs fondamentales, les couleurs saturées obtenues en superposant deux à deux et en parts égales les lumières de couleurs primaires.

Les trois couleurs secondaires dans le système additif sont :

  • cyan (vert + bleu, complémentaire du rouge)
  • magenta (bleu + rouge, complémentaire du vert)
  • jaune (rouge + vert, complémentaire du bleu)

Notons que ces couleurs secondaires sont les couleurs primaires du système soustractif.

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.

La lumière du soleil parait blanche mais est en fait composée de 30 % de rouge à 680 nm, 59 % de vert à 545 nm et 11 % de bleu 440 nm.

Synthèse soustractive[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Synthèse soustractive.
Mélange de couleurs par soustraction.

Dans toutes les techniques utilisant un support matériel pour les couleurs, comme en imprimerie-couleurs, en peinture et dans l'art du vitrail, les couleurs sont obtenues par des pigments et il ne peut être question d'additionner des couleurs par mélange de lumière.

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.

La synthèse soustractive signifie que plus on ajoute de pigments, plus on absorbe de lumière et plus le mélange s'assombrit. Par exemple le jaune et le magenta donnent le rouge-orangé indéniablement plus sombre.

Les couleurs primaires du système soustractif sont appelées aussi couleurs fondamentales associées pour les différencier des couleurs primaires du système additif car elles correspondent aux couleurs secondaires du système additif.

Les couleurs fondamentales associées sont :

  • cyan fondamental (les couleurs bleues + vertes passent, le rouge est filtré)
  • magenta fondamental (les couleurs bleues et rouges passent, le vert est filtré)
  • jaune fondamental (les couleurs vertes et rouges passent, le bleu est filtré)

C'est le système CMJ (ou en anglais CMY pour Cyan Magenta Yellow).

En théorie, et si nous disposions de pigments parfaits, l'utilisation des trois fondamentales permettrait d'obtenir :

  • le rouge en mélangeant le magenta et le jaune (magenta filtre le vert, jaune filtre le bleu)
  • le vert en mélangeant le jaune et le cyan (jaune filtre le bleu, cyan filtre le rouge)
  • le bleu en mélangeant le cyan et le magenta (cyan filtre le rouge, magenta filtre le vert)

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 peuvent réagir chimiquement l'un sur l'autre et altérer la couleur finale.

Un noir obtenu par le mélange des trois fondamentales serait de densité supérieure et permettrait d'obtenir plus de détails, mais c'est à la fois coûteux par le 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 jaune ne donnent pas de noir. La couleur noire est donc également 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 ou système CMJN, utilisée pour tout ce qui s'imprime en couleur et l'utilisation du noir rend l(impression moins onéreuse(cas de nos imprimantes de bureau).

Le mélange de deux matériaux colorés permet d'obtenir une teinte spécifiée, 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.

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.

Couleur pigment[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Pigment.

Les pigments produisent des couleurs singulières. Ils agissent par absorption de la lumière et par réfraction d'une longueur d'onde propre à chaque pigment. Aussi des couleurs de base différentes du cyan, magenta et jaune produisent des couleurs secondaires par mélange cependant les couleurs obtenues manquent de saturation, sont irrégulières, grisées voire sales bien qu'imitant des tonalités de pigments de base. Dans ce cas "couleur primaire" veut dire couleur de base du mélange :

À titre d'exemple :

Nomenclature des pigments[modifier | modifier le code]

Les tubes ou pots de peinture vendus dans le commerce comportent, dans les marques les plus fiables, des informations relatives à leur composition pigmentaire et à leurs qualités : résistance à la lumière (par une série de + ou *), normée sur les années de résistance à la lumière constatée en musée, opacité/transparence (un carré plus ou moins plein).

Les pigments, référencés selon le Colour Index International, sont codés par la lettre P suivie d'une ou deux lettres (la terminologie est anglaise car elle a été normalisée aux États-Unis et en Angleterre):

  • R = Red - Rouges, roses, certains pourpres, certains marrons
  • O = Orange - oranges, certains bruns orangés
  • Y = Yellow - jaunes, jaunes orangés
  • G = Green - verts, jaunes verdâtres, certains turquoises
  • B = Blue - bleus, turquoises
  • V = Violet - violets, bleus violacés, certains roses
  • Br = Brown - brun, certains jaunes
  • Bk = Black - noir et gris
  • W = White (blanc)

Ces lettres sont suivies d'un numéro correspondant à son classement. Par exemple, PO73 correspond au Pigment Orange no 73, soit une nuance de vermillon (rouge vermillon), proche du vermillon véritable (cinabre), distinct du rouge primaire magenta (PR 122).

Les noms commerciaux des couleurs artistiques ou de décoration sont libres, non normés et dépendent de traditions nationales, de procédés commerciaux ou de la volonté des fabricants. Un bleu azur, un bleu céruléum artificiel, bleu outremer clair peuvent être la même couleur suivant les marques.

Faiblesses des pigments[modifier | modifier le code]

  • Leur instabilité chimique : parfois, le mélange de plusieurs pigments 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.
  • Le rajout d'une charge (chaux, baryum, etc. pour donner du corps à la peinture) et d'un liant (huiles siccatives, acrylique, vinyle, gomme arabique,etc. pour rendre la peinture adhésive à la surface) qui modifient les qualités optiques de la couleur.
  • Leur incompatibilité : certains pigments ne supportent pas le mélange avec l'huile tel le bleu de smalt qui devient transparent.
  • Leur manque de résistance à la lumière : certains pigments ne sont pas stables à la lumière et pâlissent avec le temps tel le bleu indigo d'origine végétale.
  • Leur teinte approximative : la représentation CMJ de la synthèse soustractive dans les livres de peinture est à but pragmatique pour les mélanges. Le cercle chromatique sert de repérage général 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 n'apparaissent qu'au milieu du XIXe siècle, avant cela on mélangeait un rouge et un bleu.

Couleur fluo[modifier | modifier le code]

Les couleurs fluo sont produites par la réémission sur une seule longueur d'onde de plusieurs rayonnement différents. Les objets fluos absorbent souvent en plus les rayonnements ultraviolets pour les réémettre en lumière visible c'est pourquoi ils sont particulièrement éclatants sous une lumière noire.

Par exemple un feutre jaune fluo réfléchit les rayonnements jaunes comme un objet jaune normal mais aussi réémet sur une longueur d'onde correspondant au jaune tous les rayonnements colorés d'une longueur d'onde inférieure au jaune. Le pigment en cause réémet donc plus de jaune qu'il n'en reçoit.

Le système colorimétrique de Munsell définit les paramètres Teinte/Valeur/Chromaticité. Cette dernière à une valeur de 0 à 20 pour les couleurs "normales" et peut s'étendre jusqu'à 30 pour les couleurs fluo.

Couleur métallisée[modifier | modifier le code]

Fausse couleur[modifier | modifier le code]

Les technologies d'Imagerie satellite et d'imagerie médicale peuvent, en fonction de leur usage, observer des fréquences différentes de celles perçues par l'œil humain, par exemple l'infrarouge. Par calcul, les couleurs de ces images peuvent ensuite être retouchées, pour afficher avec une couleur visible les données collectées dans la partie invisible du spectre.

On parle alors de fausses couleurs.

Perception[modifier | modifier le code]

Perception et âges[modifier | modifier le code]

Les bébés ont une vision précoce et latéralisée de la couleur, contrôlée par l'œil gauche dans la prime enfance, puis chez l'enfant plus grand et chez l'adulte, par l'œil droit[6], c'est-à-dire dans l'hémisphère gauche du cerveau, où est également située l'aire du langage. Les scientifiques ont aussi montré que l'acuité de perception des couleurs est augmentée dans les groupes ethniques disposant d'une langue riche en mots décrivant les nuances colorées[réf. souhaitée]. De même les nuances sont détectées plus rapidement quand les mots pour les décrire existent dans la langue (nuances de bleu, clair ou foncé PNAS, 2006)

Perception et interprétation[modifier | modifier le code]

L'Échiquier d'Adelson : La teinte grise du carré A est la même que celle du carré B.
L'Échiquier d'Adelson : La teinte grise du carré A est la même que celle du carré B.

Le cerveau interprète les informations transmises par l'œil pour former un tableau cohérent. C'est ce qui lui permet par exemple d'anticiper que deux parties d'un même objet, l'une à l'ombre et l'autre à la lumière, sont de la même couleur.

Autres systèmes de restitution[modifier | modifier le code]

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[7],[8] 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.

Couleurs chimiques et physiques[modifier | modifier le code]

De façon informelle on peut distinguer :

  • les sources lumineuses, qui peuvent avoir une certaine couleur, comme le rayonnement d'un corps noir
  • les couleurs pigmentaires, dites chimiques, car produites par la présence dans la matière de colorants ou de pigments qui absorbent une partie de la lumière blanche et ne réfractent que certaines longueurs d'ondes comme de la peinture
  • les couleurs structurelles, dites physiques, provoquées par des phénomènes d'interférence liés à la structure microscopique de l'objet qui diffracte la lumière reçue, comme les ailes de papillon.

La distinction couleur physique/chimique issue de Goethe est parfois utilisée mais est peu pertinente car le phénomène à l'origine des couleurs est physique par définition puisqu'il s'agit de l'absorption de photons[9].

Symbolique des couleurs[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Symbolisme des couleurs.
  • Vert : couleur médiane, il est considéré comme apaisant. Instable et difficile à fabriquer et maîtriser, il est considéré comme une couleur excentrique, symbole de l'instabilité représentant ce qui bouge, change varie. Les jongleurs et les bouffons s'habillent en vert. Les jeux d'argent (dollar) s'organisent sur tables tapissées de vert. Elle représente la chance, la fidélité, et l'immaturité. Côté négatif, il représente le démon, le dragon, les esprits, les martiens et les créatures maléfiques. Au Moyen Âge, il était associé au poison, car la teinture en vert des vêtements se faisait grâce à l'arsenic, mortel. L'islam primitif est le premier à associer le vert à la nature, synonyme d'oasis, de paradis. Aujourd'hui, il est associé à la nature et à l'écologie.
  • Rose : tendresse, jeunesse, féminité.
  • Noir : couleur sage, symbole de respect, de tempérance, d'humilité et d'austérité, il est adopté par les ecclésiastiques, les princes (la Réforme protestante faisant la guerre aux couleurs vives) puis s'inscrit dans les uniformes de ceux qui font autorités (douaniers, magistrats, ecclésiastiques et pompiers). Aujourd'hui, il est associé au chic et à l'élégance. Négation de toutes les couleurs, il représente, notamment en Occident, les sentiments de tristesse, de peur et de méchanceté, relatif alors aux Péchés, aux épreuves, à la mort, au néant, au deuil et à l'abandon.
  • Blanc : assimilé à la pureté, à l'innocence, à la propreté, à la virginité, au vide, aussi bien en Europe qu'en Afrique ou encore en Asie, il s'oppose au rouge et marque la fin des hostilités. Il révèle la noblesse et la délicatesse (on se blanchissait la peau pour se différencier des paysans, au teint hâlé du à leur travaux en extérieur). Il symbolise aussi tout ce qui est transcendant, associé à l'au-delà. Couleur du deuil en Extrême Orient.
  • Gris : considéré comme la couleur du malheur et de l'ennui, avec une utilisation récurrente dans des expressions tel « un ciel gris », « des nuages gris », pour signifier le désarroi.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. L'intervalle fourni ici correspondant à l'intervalle pour lequel l'absorbance normalisée est supérieure à 1/e par rapport au maximum.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Neil Campbell, Jane Reece, Biologie, 7e édition, 2007, (ISBN 978-2-7440-7223-9), p. 198.
  2. (en) Herbert Gross, Fritz Blechinger, Bertram Achtner et Herbert H. Gross (éditeur), Handbook of optical systems, 4, Weinheim, Germany, WILEY-VCH,‎ 2008 (ISBN 978-3-527-40380-6, lire en ligne), p. 40
  3. La vision p. 143, Robert W. Rodieck ISBN 978-2-7445-0095-4
  4. [1]
  5. La diffusion de la lumière
  6. Anna Franklin, Université du Surrey (Royaume-Uni), citée par Science et Avenir (avril 2008), p. 29
  7. 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. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC222521/
  8. 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. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC222609/
  9. Bernard Valeur, La couleur dans tous ses éclats, Belin,‎ 2011, 224 p. (ISBN 2701158761)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

Variétés de carottes (Daucus carota) sélectionnées pour leurs diverses couleurs

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Michel Pastoureau ; Dominique Simonnet, Le petit livre des couleurs, édition Points, 2005.
  • Michel Pastoureau, Bleu, histoire d'une couleur, Éditions du Seuil, 2002. La perception et l'utilisation du bleu dans le monde européen depuis la Grèce antique est le prétexte à présenter l'histoire des couleurs.
  • Annie Mollard-Desfour, Dictionnaire des mots et expressions de couleur. XXe et XXIe siècles, CNRS éditions, coll. Dictionnaires, publié par volumes et champs de couleur  : Le Bleu (1998, 2004, 2013 : "Le Bleu. Dictionnaire de la couleur. Mots et expressions d'aujourd'hui. XXe-XXIe siècles"), Le Rouge (2000, 2009), Le Rose (2002), Le Noir (2005, 2010), Le Blanc (2008), Le Vert (2012).
  • Jean-Philippe Lenclos et Dominique Lenclos, Couleur de la France, Géographie de la Couleur. Éditions du Moniteur, 1982
  • Marie-Pascale Rauzier, Couleurs de la Côte d'Azur, Nice, Gilletta, 2011
  • Robert Montchaud, La Couleur et ses Accords, Éditions FLEURUS.
  • Pierre Laszlo, Pourquoi la mer est-elle bleue?, Le Pommier, 2002, (ISBN 978-2-7465-0020-4).
  • Michel Pastoureau, Couleurs, Le Chêne, 2010, 480 p.
  • Inventer la peinture grecque antique, dir. Sandrine Alexandre, Nora Philippe et Charlotte Ribeyrol, ENS Editions, Lyon, 2012

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Dans le domaine de l'astronomie des rayons X :

Divers :

Liens externes[modifier | modifier le code]