Synthèse soustractive

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Synthèse soustractive
Synthèse soustractive — principe
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La synthèse soustractive est l'opération consistant à combiner l'effet d'absorption de plusieurs couleurs afin d'en obtenir une nouvelle. Par exemple, la superposition sur une surface blanche de deux filtres colorés, l'un jaune et l'autre cyan, permet d'obtenir du vert.

Le terme soustractif vient du fait qu'un objet coloré soustrait (absorbe) une partie de la lumière incidente. De fait, une couleur obtenue par synthèse soustractive de plusieurs autres sera nécessairement plus sombre qu'elles.

En synthèse soustractive, les couleurs primaires généralement utilisées sont au nombre de trois : le cyan, le jaune et le magenta

  • l'addition de ces trois couleurs donne du noir
  • l'absence de couleur est le blanc (si le support est blanc)
  • l'addition deux à deux de ces couleurs primaires permet d'obtenir les couleurs secondaires :
    • le cyan et le jaune donnent le vert
    • le cyan et le magenta donnent le bleu (bleu-violet)
    • le jaune et le magenta donnent le rouge (rouge vermillon)

Principe[modifier | modifier le code]

- Synthèse additive :

On part d'un fond noir (puisqu'il n'y a pas de lumière à la base).

Les pixels émettent des photons de longueurs d'ondes rouge, verte et bleue. En faisant varier la quantité de ces photons, ils s'ajoutent en différentes proportions, qui créent ainsi les différentes couleurs. Ces photons partent de l'écran pour aller directement dans notre oeil.

En synthèse additive, rouge, vert et bleu sont appelées "couleurs primaires" : on peut fabriquer toutes les couleurs en les mélangent dans différentes proportions. Si l'on mélange les photons exactement dans les mêmes proportions :

  • Bleu + Vert = Cyan
  • Rouge + Vert = Jaune
  • Rouge + Bleu = Magenta (= Pourpre)
  • (Rouge ou Vert ou Bleu) + (Cyan ou Magenta ou Jaune) = (Cyan ou Magenta ou Jaune) + (Cyan ou Magenta ou Jaune) = Blanc cassé
  • Rouge + Vert + Bleu = Cyan + Magenta + Jaune = Blanc

En synthèse additive, la même quantité de photons des 3 couleurs donne du blanc.

Comme les couleurs primaires de la synthèse additive sont le rouge, le vert et le bleu, chaque pixel est divisé en 3 parties qui émettent du rouge, du vert et du bleu.

Donc pour encoder une image destinée à être affichée sur un écran, on code cette image en composantes rouges, vertes et bleues pour chaque point. On appelle ça le standard "RGB" (Red = Rouge, Green = Vert, Blue = Bleu).

Evidemment, d'autres photons peuvent venir perturber cette lumière blanche : dans les métiers de l'éclairage, il faut équilibrer en permanence la quantité de couleurs délivrée en fonction de la lumière ambiante afin que les couleurs ne soient pas faussées. On mélange toutes les couleurs et on vérifie que le blanc est bien blanc, et qu'il n'est pas faussé par la lumière ambiante du lieu où l'on se trouve (on appelle cela "faire la balance des blancs", c'est bien connu en photographie et en vidéo). C'est notamment pour cela que les salles de cinéma sont dans le noir, avec une source de lumière extérieure, les couleurs seraient faussées.

Le papier n'émet pas de photons, mais il contient des pigments qui vont renvoyer ou absorber des photons venant de la lumière ambiante.

Sous une lumière ambiante blanche, les molécules des pigments du papier vont renvoyer les photons rouges, bleus et verts (ce qui le fera apparaître comme blanc = synthèse additive), et les autres photons vont être retenus par le papier (absorbés). Les photons absorbés vont frapper les électrons du papier, faire vibrer ses molécules, et ainsi le faire chauffer.

C'est pour cela que dans le désert, on porte des vêtements blancs : ils renvoient plus de photons, donc ils en absorbent moins, donc ils chauffent moins vite. Donc ils protègent mieux de la chaleur (même s'ils ne renvoient pas ceux qui chauffent le plus, les rayons UV, qui eux sont renvoyés par certains métaux).

Si le papier est blanc et que la source de lumière qui l'éclaire est blanche, alors on voit le papier comme blanc puisqu'il renvoie les lumières rouges, vertes et bleues, donc toutes les composantes de la lumière blanche. Le papier se comporte alors comme une source de lumière blanche.

C'est pour cela par exemple que la neige n'apparaît pas toujours blanche selon le moment où le soleil l'éclaire, car la lumière du soleil n'est pas toujours parfaitement blanche selon sa dispersion dans le prisme de l'atmosphère.

Si l'on dépose de l'encre verte sur le papier blanc, la couche d'encre va renvoyer uniquement les photons de longueur d'onde verte vers notre oeil, et absorber tous les autres.

S'il n'y a pas assez d'encre, les photons autres que le vert ne seront pas tous absorbés par l'encre, et une partie va arriver sur le papier blanc qui est en-dessous, puis sera renvoyée. Ainsi le vert apparaîtra plus clair s'il y a moins d'encre. Un papier recouvert d'encre verte se comporte donc comme une source de lumière verte.

Ainsi, en créant un disque avec une partie verte, une partie rouge et une partie bleue, et en faisant tourner ce disque très vite, les photons se mélangeront et le disque apparaîtra comme blanc.

C'est de la synthèse additive, on appelle aussi ce procédé la "trichromie".


- Synthèse soustractive :

On part d'un fond blanc, d'une source de lumière blanche à laquelle on va soustraire des composantes.

Que se passe-t-il si l'on mélange 2 encres comme le bleu et le vert par exemple ? La lumière ambiante (blanche) va arriver sur la feuille de papier blanc recouverte de ces 2 encres.

La première encre bleue va absorber tous les photons et ne renvoyer que les bleus, mais les photons bleus seront piégés par l'encre verte (qui ne renvoie que les photons verts, ces photons verts étant eux-aussi piégés par l'encre bleue). Un mélange de 2 encres ne renvoie donc dans l'absolu aucun photon (couleur noire), ou alors très peu de photons des 2 encres (ce qui donne différentes teintes sombres appelées "ocres", communément nommées "marrons").

En synthèse additive, il s'agit d'ajouter des photons de longueurs d'ondes différentes. On part d'une lumière ambiante noire (donc pas de lumière ambiante) et l'on ajoute de la lumière.

En synthèse soustractive, il s'agit de retirer des photons à la lumière ambiante (qui est blanche). On part d'une lumière ambiante blanche et on lui supprime des composantes avec des molécules (les pigments des encres).

Ainsi, les couleurs primaires ne sont pas les mêmes : Les couleurs primaires de la synthèse additive sont les couleurs secondaires de la synthèse soustractive : rouge, vert et bleu. Les couleurs primaires de la synthèse soustractive sont les couleurs secondaires de la synthèse additive : cyan, magenta et jaune.

En mélangeant des encres ou des peintures (synthèse soustractive), on obtient les couleurs secondaires de la synthèse additive :

  • Jaune + Magenta = Rouge
  • Cyan + Jaune = Vert
  • Cyan + Magenta = Bleu
  • (Cyan ou Magenta ou Jaune) + (Rouge ou Vert ou Bleu) = (Rouge ou Vert ou Bleu) + (Rouge ou Vert ou Bleu) = Ocres
  • Rouge + Vert + Bleu = Cyan + Jaune + Magenta = Noir

En synthèse soustractive, la même quantité de photons des 3 couleurs donne du noir.

C'est pour cela que sur une imprimante à encre classique (une cartouche noire + une cartouche pour les 3 couleurs), si votre imprimante n'a plus d'encre dans sa cartouche noire, il est possible de créer du noir avec la cartouche couleur en superposant les 3 encres (cyan, magenta et jaune) qu'elle contient.

Les imprimantes contiennent donc une cartouche noire pour éviter d'utiliser trop rapidement les pigments colorés, donc on rajoute une composante optionnelle, le noir, que l'on note "key". Cela donne la norme CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key), CMJN en français (Cyan, Magenta, Jaune, Noir).

C'est de la synthèse soustractive, on appelle aussi ce procédé la "quadrichromie".


- Applications technologiques :

Lorsqu'une image est affichée à l'écran, la carte graphique la convertit en points RGB pour déterminer quelle quantité de rouge, bleu et vert doit être affichée sur quel pixel de l'écran. L'image est souvent déjà encodée en RGB pour accélérer son affichage (car une image est plus souvent affichée sur un écran qu'imprimée).

Mais lorsque cette même image est imprimée, il faut déterminer quelle quantité de cyan, de magenta et de jaune (donc de noir si les 3 à la fois) doivent être envoyés sur chaque pixel de la feuille blanche.

Donc les points RGB doivent êtres convertis en points CMYK. Une image peut être encodée en CMYK, mais il faudra alors la convertir en RGB avant de l'afficher à l'écran, donc son affichage prendra beaucoup plus de temps. Certains formats (comme le ".tiff") supportent les deux encodages, et les imprimeurs professionnels demandent des images en CMYK.

Utilisation[modifier | modifier le code]

La synthèse soustractive est le principe qui régente le mélange de pigments colorés en peinture, en imprimerie et en impression papier pour la photographie couleur. En théorie, l'utilisation des trois couleurs primaires permet de reproduire toutes les couleurs existantes. Cependant en imprimerie on ajoute le noir aux trois couleurs primaires pour plusieurs raisons :

  • principalement parce que les trois encres primaires (trichromie) ne permettent pas l'obtention d'un noir neutre et profond. En effet les pigments des encres primaires ne sont pas rigoureusement primaires (surtout le magenta) et leur transparence est inégale (problème de superposition).
  • également parce que le fichier du noir réalisé avec un fort contraste permet d'augmenter le rendu des détails de l'image et des noirs profonds.
  • enfin pour économiser les encres primaires (plus coûteuses) l'encre noire permet avantageusement dans les tons noirs et les teintes tertiaires sombres et désaturées de se substituer à elles par un traitement spécial appelé « retrait de sous-couleurs » ou mieux par la « stabilisation des gris » plus complexe et qui nécessite l'emploi d'un logiciel adapté.

À l'inverse, lorsqu'une illustration prévoit dans une quadrichromie de placer un bandeau d'aplat noir, on applique généralement une quantité de cyan ou de magenta (généralement 40 % de la primaire pour 100 % de noir) sous le noir pour le rendre plus puissant, c'est ce que l'on appelle un noir avec soutien.

Négatif des couleurs[modifier | modifier le code]

Voici une astuce pour connaître le négatif des trois couleurs soustractives :

  • jaune : magenta + cyan = bleu
  • magenta : jaune + cyan = vert
  • cyan : jaune + magenta = rouge

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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